Amiloidogēno proteīnu diagnostikas potenciāls 3. daļa

4.5. Kombinētā noteikšana

Neirodeģeneratīvām slimībām ir kopīgi simptomi un patoloģiski mehānismi. Konkrēti, viena un tā paša amiloidogēna proteīna agregāti var pastāvēt cilvēkiem, kurus skārusi dažādas neirodeģenerācijas formas [151].

Cilvēkiem novecojot, viņu fiziskajā veselībā pakāpeniski parādās pasliktināšanās un novecošanās pazīmes. Tostarp neirodeģeneratīvā slimība ir nopietna slimība, kas ietekmē cilvēku fiziskās funkcijas, intelekta līmeni un atmiņas spējas. Tomēr mums nav jābūt neapmierinātiem un jābaidās, jo ir daudz veidu, kā aizkavēt neirodeģeneratīvo slimību rašanos. Vienlaikus ļoti svarīgi ir arī pielāgot savu mentalitāti un saglabāt pozitīvu attieksmi pret dzīvi. Šajā rakstā tiks pētīta saistība starp neirodeģeneratīvām slimībām un atmiņu un sniegti daži efektīvi veidi, kā uzlabot atmiņu, lai mēs varētu dzīvot veselīgu, laimīgu un pilnvērtīgu dzīvi.

Neirodeģeneratīvās slimības ir slimības, kas saistītas ar nervu sistēmu, piemēram, Alcheimera slimība, Parkinsona slimība un Hantingtona slimība. Šīs slimības parasti ietekmē cilvēku atmiņu, kas izpaužas kā neseno lietu aizmirstība, to pašu uzdevumu atkārtošana un pakāpeniska kontroles zaudēšana pār ikdienas lietām. Lai izvairītos no šo simptomu rašanās, mums ir jāveic daži aktīvi pasākumi, piemēram:

1. Saglabājiet labu veselību. Labs fiziskais stāvoklis ir viens no labākajiem neirodeģeneratīvo slimību profilakses veidiem. Mērens vingrinājums var uzlabot fiziskās funkcijas un uzturēt asins un skābekļa piegādi smadzenēm. Turklāt ļoti svarīgi ir arī veselīgi ēšanas paradumi, kas var nodrošināt pietiekami daudz uztura un enerģijas, lai saglabātu ķermeņa veselību.

2. Aktīvi vingrināt smadzenes. Ja vēlamies saglabāt atmiņu, mums regulāri jāvingrina smadzenes. Tas var ietvert jaunu lietu, spēļu un darbību apgūšanu, kas izaicina smadzeņu kognitīvās spējas, vai pat smadzeņu stimulēšanu, piedaloties sociālās aktivitātēs. Šīs aktivitātes var veicināt jaunu neironu savienojumu veidošanos un saglabāt smadzenes elastīgas un izturīgas.

3. Saglabājiet pozitīvu attieksmi pret dzīvi. Psiholoģiskiem faktoriem ir arī galvenā loma neirodeģeneratīvo slimību ilgtermiņa profilaksē. Priecīgu, pozitīvu un optimistisku cilvēku bieži mazāk ietekmē negatīvi faktori, un viņam ir lielāka iespēja saglabāt labu fizisko un garīgo veselību. Pozitīva attieksme pret dzīvi var veicināt jaunus uzmanības un domāšanas veidus un palīdzēt uzlabot atmiņu.

Īsāk sakot, neirodeģeneratīvo slimību profilakse ir ilgtermiņa uzdevums, kas prasa regulāru uzmanību savai fiziskajai un smadzeņu veselībai. Ievērojot veselīgu uzturu, mērenas fiziskās aktivitātes un pozitīvu domāšanas veidu, mēs varam uzlabot savu iekšējo spēku un pretestību un efektīvi novērst neirodeģeneratīvo slimību rašanos. Tajā pašā laikā mums vajadzētu arī saglabāt optimistisku, pozitīvu un priecīgu attieksmi un baudīt veselīgu, laimīgu un piepildītu dzīvi. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche var ievērojami uzlabot atmiņu, jo Cistanche var arī regulēt neirotransmiteru līdzsvaru, piemēram, palielināt acetilholīna un augšanas faktoru līmeni, kas ir ļoti svarīgi atmiņai un mācībām. Turklāt Cistanche deserticola var uzlabot asins plūsmu un veicināt skābekļa piegādi, kas var nodrošināt, ka smadzenes saņem atbilstošu uzturu un enerģiju, tādējādi uzlabojot smadzeņu vitalitāti un izturību.

Noklikšķiniet uz zināt bagātinātājiem, lai uzlabotu atmiņu

Piemēram, A un p-tau agregātus var atrast arī pacientiem ar DLB un -syn agregātus pacientiem ar AD. A , -syn un tau sastopamība liecina par AD, tauopātiju un sinukleinopātijas pārklāšanos [152].

Amiloīda agregāti var būt arī cilvēkiem, kuriem nav slimības simptomu [151]. Šie novērojumi liek secināt, ka dažos gadījumos ar viena atsevišķa amiloidogēna proteīna uzraudzību vien var nepietikt, lai noteiktu precīzu diagnozi.

Dažādos pētījumos ir novērtēta dažādu amiloidogēno proteīnu līmeņa uzraudzības diagnostikas veiktspēja (2. tabula). Piemēram, gan p-tau181, kas satur fosforilēto Thr181, gan attiecību A 42/A 38, CSF koncentrācijas kvantitatīva noteikšana spēja atšķirt AD no citām neirodeģeneratīvām slimībām [66, 104].

Nesen veikts pētījums, kurā piedalījās 4444 dalībnieki 14 gadu laikā, varēja saistīt NFT un A 42 līmeni plazmā ar risku saslimt ar AD un visu izraisīto demenci [153]. Turklāt gan kopējā sin, gan kopējā tau CSF līmeņa analīze varētu palīdzēt identificēt sinukleinopātijas salīdzinājumā ar citām neirodeģeneratīvām slimībām [68].

Nesenais darbs ir parādījis, ka oligomēru -syn/kopējā -syn, p- -syn129 un p-tau181 attiecības noteikšana CSF varēja identificēt PD pacientus no kontroles [154].

Ir arī pierādīts, ka glikācijas, -syn Tyr 39 nitrēšanas un pTyr125 palielināšanās un SUMO-1 līmeņa pazemināšanās asins paraugos bija saistīta ar PD [117].

Visbeidzot, tika atklāts, ka kopējā TDP-43 koncentrācija CSF un kopējā tau/pThr181-tau attiecība atšķir ALS/FTD pacientus no veselām kontrolēm [155]. 2. tabulā ir sniegts kopsavilkums. galvenās olbaltumvielas, kuras var kontrolēt kombinācijā diagnostikas nolūkos.

5. Jaunākie sasniegumi noteikšanas tehnoloģijā

Ņemot vērā to pieejamās izmaksas un iespēju viegli padarīt tās ar augstu caurlaidspēju, imūntesti, piemēram, ELISA un imūnblotēšana, ir bijuši visbiežāk izmantotie paņēmieni amiloidogēno proteīnu koncentrācijas noteikšanai ķermeņa šķidrumos un audos.

Tiek izmantotas arī citas pieejas, tostarp PET, MS un mikroskopija, un parādās jaunas noteikšanas tehnoloģijas ar īpaši jutīgu. Svarīgu piemēru sniedz MS.

Nesen izveidotā kapilāru izotafoforēzes-elektroizsmidzināšanas jonizācijas MS varēja noteikt A pikomolāru koncentrāciju [157]. Citā pētījumā automatizēts klīniskais masas spektrometrs varēja noteikt dažādus A variantus CSF multipleksā veidā [158]. Jāatzīmē, ka abas pieejas nesaturēja antivielas, un tām nebija nepieciešams imūno bagātināšanas solis.

42/A 40 attiecību CSF var noteikt arī ar LC-MS/MS testu ar augstu klīnisko jutību [159]. MS priekšrocības ietver nelielu parauga lielumu, ātru apstrādes laiku, plašu pielietojamību un jutīgumu.

Amiloīdu vienas daļiņas analīzi var veikt ar mikroskopiskām metodēm, tostarp fluorescenci, atomu spēku un elektronu mikroskopiju. Proti, uz fluorescenci balstītas metodes nodrošina ultrajutīgu atsevišķu amiloīda fibrilu un oligomēru neirodeģeneratīvu slimību noteikšanu. Turklāt superizšķirtspējas metodes sniedz ieskatu struktūras īpašībās un virsmas hidrofobitātē [17].

Nanoporu noteikšana ir neoptiska metode, kas nesen tika demonstrēta, lai atļautu polimēru proteīnu analīzi vienā molekulā, un to varētu attiecināt uz amiloīdiem un oligomēriem [160, 161].

Nanoporu noteikšanā biomolekula tiek pārvietota caur ananoporu, kas iestrādāta plānā dielektriskā membrānā, kas atdala divas kameras ar elektrolītiem. Atšķirīgas biomolekulas konformācijas var raksturot pēc tās pārvietošanas caur nanoporu, analizējot poru jonu vadītspējas izmaiņas [162,163].

Citas jaunākās metodes ietver amiloīda iesēšanas testus, piemēram, proteīnu nepareizas locīšanas ciklisko pastiprināšanu [164] un reāllaika zemestrīces izraisītu konversiju (RT-QuIC) [165]. Šajos testos amiloīdu sastāvu un skaitu bioloģiskajos paraugos nosaka šo paraugu spēja izraisīt rekombinantā monomerikamiloidogēna proteīna agregāciju, izmantojot ThT balstītus agregācijas mērījumus.

Šie testi tika noteikti vairākiem amiloidogēniem proteīniem. Īpaši RT-QuIC tests -syn uzrādīja augstu diagnostisko jutību attiecībā uz PD un DLB [165]. Gan MS, gan mikroskopiskām metodēm ir nepieciešami sarežģīti instrumenti.

ELISA komplekti vairākiem biomarķieriem, tostarp A 42, p-tau, total-tau un -syn, ir komerciāli pieejami. Tomēr ELISA iestatīšana var būt darbietilpīga un ar ierobežotu jutību. Ir izstrādātas dažādas augstas jutības ELISA metodes. Piemēram, pētnieki ir izmērījuši kopējo -syn koncentrāciju ķermeņa šķidrumos, izmantojot imobilizētus lipīdus [166].

Turklāt ELISA ir apvienota ar citām noteikšanas tehnoloģijām, piemēram, jaunu uz plāksnēm balstītu elektroķīmiluminiscenci [167]. Ar šo pieeju tika panākts ievērojami saīsināts apstrādes laiks ar mazākām paraugu apjoma prasībām un vienlaicīgu vairāku biomarķieru apstrādi [167]. Papildus elektroķīmiluminiscencei digitālā ELISA ir izstrādāta arī ar vienas molekulas masīva (Simoa) tehnoloģiju.

Tiek ziņots, ka šai metodei ir paaugstināta jutība pret A 42 noteikšanu cilvēka plazmā (pM diapazonā) [168]. Turklāt tika izveidots uz virsmas balstīts fluorescences intensitātes sadalījuma analīzes (sFIDA) tests, kas atgādina sviestmaižu ELISA, kurā A oligomēri tika imobilizēti uz virsmas. funkcionalizēta stikla virsma, izmantojot antivielas, attēlota ar augstas izšķirtspējas fluorescences mikroskopiju [169].

Multi-Analyte Profiling (xMAP) platforma izceļas no plašā pieeju klāsta, pamatojoties uz tās multipleksēšanas iespējām.

Vienlaicīgu kvantitatīvu noteikšanu līdz 100 paraugiem vienā testā var panākt ar pusautomātisko testu. Pētījumi paredzēja, ka xMAP dati par kopējo tau, p-tau, A 40 un A 42 labi korelē ar uz pētījumiem balstītām ELISA vērtībām ar augstāku jutību un specifiskumu [170].

Imūnpolimerāzes ķēdes reakcija (I-PCR) izmanto reāllaika PCR (pazīstama arī kā kvantitatīvā PCR), lai apvienotu nukleīnskābju amplifikāciju ar testiem, kuru pamatā ir antivielas, lai palielinātu 10 līdz 109- tradicionālo imūntestu jutīgumu.

Pētnieki kvantitatīvi noteica vairākus fosforilētos tau epitopus, izmantojot I-PCR CSF [171], un izstrādāja anano-I-PCR pieeju, kas izmantoja zelta nanodaļiņas, kas funkcionalizētas ar tau specifisku monoklonālu antivielu, lai kopējā tau kvantitatīvā noteikšanai CSF paraugos [172]. Kopējā A 40 līmeni mikrodisektētos neironos var arī kvantitatīvi noteikt, izmantojot I-PCR ar augstu jutību un noteikšanas diapazonu [173].

Šī metode ir piemērota maziem paraugu apjomiem, nodrošina ātru rezultātu iegūšanas laiku, un to var piemērot multipleksēšanai. Aprūpes punkta (POC) diagnostika neapšaubāmi ir jauna tendence.

Šī pieeja ļauj tradicionālos ELISA, Luminex xMAP un qPCR pārveidot par lētām, pārnēsājamām un viegli lietojamām POC ierīcēm [174]. Papīra ELISA ir vienkāršākā iespēja POC diagnostikai.

6. Secinājumi un iespējamie nākotnes virzieni

Slimību biomarķieri ir būtiska prasība precīzu diagnostikas metožu izstrādei. Šajā pārskatā mēs esam apsprieduši, kā amiloidogēnās olbaltumvielas saglabā potenciālu kā neirodeģeneratīvo slimību biomarķierus, un aprakstījām noteikšanas tehnoloģijas, lai novērtētu to koncentrāciju organismā (3. attēls).

Papildus ģenētiskajām mutācijām daudzi PTM un specifiskas amiloidogēno proteīnu konformācijas ir saistītas ar slimību un parādās kā potenciālie biomarķieri (1. un 2. tabula). Šajā kontekstā starp visām agregētajām konformācijām ir ievērības cienīgi oligomēri, kas ir ļoti toksiski un tiek uzskatīti par galvenajiem slimības sākuma un progresēšanas dalībniekiem.

Amiloidogēno proteīnu kā biomarķieru izmantošana ir saistīta ar izaicinājumiem. Pirmkārt, neirodeģeneratīvām slimībām ir kopīgi daži galvenie patoloģiski mehānismi, tostarp agregātu veidošanās ar vienu un to pašu amiloidogēno proteīnu (piemēram, pacientiem ar DLB var atrast A un p-tau nogulsnes) [152].

Tas apgrūtina vienas neirodeģenerācijas formas nošķiršanu no citas, pamatojoties tikai uz viena specifiska amiloidogēna proteīna noteikšanu. Turklāt amiloidogēnajiem proteīniem ir grūti piekļūt CNS, un to koncentrācijai nepieejamos ķermeņa šķidrumos ir ievērojamas svārstības, īpaši slimības sākuma stadijā.

Mūsuprāt, daudzsološas diagnostikas stratēģijas, kas var atrisināt šīs problēmas, ir tās, kuru pamatā ir vairāku amiloidogēno proteīnu vai proteīnu pazīmju noteikšana (4.5. sadaļa).

Turklāt amiloidogēnos proteīnus var uzraudzīt kopā ar cita veida biomarķieriem, piemēram, metabolītiem. Nesenie pētījumi liecina, ka vielmaiņas ceļus ietekmē neirodeģenerācija, un vielmaiņas profilēšanai ir izstrādātas noteikšanas platformas [175].

Piemēram, kodolmagnētiskā rezonanse un MS ir veiksmīgi izmantotas, lai noteiktu vielmaiņas izmaiņas šūnu sistēmās [176], pēcnāves smadzeņu paraugos [177] un pacientu CSF [178].

Kombinētās pieejas varētu ietvert arī neiropsiholoģisko novērtējumu un neiroattēlveidošanu. Turklāt amiloidogēnos proteīnus var noteikt arī ķermeņa reģionos, izņemot CNS un ķermeņa šķidrumos.

Piemēram, PD pacientu gremošanas sistēmā ir atrastas agregētas -syn formas [179]. Šī atraduma diagnostiskā nozīme ir divējāda: tas parāda, ka citas ķermeņa daļas var pārbaudīt, lai noteiktu iespējamos neirodeģenerācijas biomarķierus [180]; tas arī nozīmē, ka pacientiem var parādīties simptomi/traucējumi, kas nav saistīti ar neirodeģeneratīvo stāvokli, bet tos var izmantot agrīnai diagnostikai.

Jutība un specifiskums ir svarīgi amiloidogēno proteīnu noteikšanas tehnoloģiju atribūti. 4.3. un 5. sadaļā mēs aprakstījām vairākas daudzsološas pieejas, kuras pašlaik tiek izstrādātas.

To pamatā ir biosensori, vienas molekulas noteikšana un molekulārās zondes (piemēram, antivielas). Mūsuprāt, uz antivielām balstītām pieejām jo īpaši ir liels potenciāls, jo tās ļauj noteikt sarežģītos maisījumos. Turklāt antivielas var izstrādāt, lai mērķētu uz dažādām proteīna īpašībām, ieskaitot PTM un konformācijas (piemēram, oligomērus).

Visbeidzot, amiloidogēnie proteīni ir pievilcīgi potenciālie neirodeģenerācijas biomarķieri. Viņu diagnostikas panākumi ir saistīti ar kombinētu noteikšanas stratēģiju izstrādi, iesaistot cita veida biomarķierus, orgānu sistēmas un īpaši jutīgas tehnoloģijas.

Autora ieguldījums: rakstīšanas oriģinālā projekta sagatavošana, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA; rakstīšana-pārskatīšana un rediģēšana, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA Visi autori ir izlasījuši un piekrituši publicētajai manuskripta versijai.

Finansējums: mēs pateicamies Apvienotās Karalistes pētniecībai un inovācijai (Future Leaders Fellowship MR/S033947/1), Alcheimera biedrībai Apvienotajā Karalistē (Grant 511) un Alcheimera pētniecībai UK (ARUK-PG2019B-020) par atbalstu.

Institucionālās pārbaudes padomes paziņojums: nav piemērojams.

Paziņojums par informētu piekrišanu: Nav piemērojams.

Pateicības: attēli tika izveidoti, izmantojot ChemDraw v19.1 un Biorender.com (piekļuve 2021. gada 5. aprīlī).

Interešu konflikti: FAA ir patenta PCT/GB2020/051965 izgudrotājs.

Atsauces

1. Grehems, ME Demences pārvēršana vērtspapīros: drošu demences aprūpes vienību pārvēršanas vērtspapīros sociālās iezīmes. Aging Soc. 2021, 41 439–455. [CrossRef]

2. Agravals, M.; Biswas, A. Neirodeģeneratīvo traucējumu molekulārā diagnostika. Priekšpuse. Mol. Biosci. 2015, 2, 54. [CrossRef][PubMed]

3. Husains, R.; Zubairs, H.; Pursels, S.; Shahab, M. Neirodeģeneratīvas slimības: Reģeneratīvie mehānismi un jaunas terapeitiskās pieejas. Brain Sci. 2018, 8, 177. [CrossRef] [PubMed]

4. Reuls, S.; Lohmans, H.; Vīndls, H.; Danings, T.; Johnen, A. Vai kognitīvais novērtējums var atšķirt Alcheimera un uzvedības varianta frontotemporālās demences agrīnās stadijas sākotnējā klīniskajā prezentācijā? Alcheimera Res. Tur. 2017, 9, 61. [CrossRef][PubMed]

5. Van Stīnovens, I.; Koel-Simmelink, MJ; Vergouw, LJ; Tijms, BM; Pīrsma, SR; Pham, TV; Bridel, C.; Ferri, G.‑L.; Cocco, C.; Noli, B.; et al. Jaunu cerebrospinālā šķidruma biomarķieru kandidātu identificēšana demences gadījumā ar Lūija ķermeņiem: proteomiskā pieeja. Mol. Neirodeģenerāts. 2020, 15, 36. [CrossRef] [PubMed]

6. Li, B.; Ge, P.; Marejs, KA; Šets, P.; Džans, M.; Nair, G.; Sawaya, MR; Shin, WS; Bojers, DR; Jā, S.; et al. Cryo-EM ofpilna garuma -sinukleīns atklāj fibrilu polimorfus ar kopīgu strukturālu kodolu. Nat. Commun. 2018, 9, 3609. [CrossRef]

7. Dobson, CM Proteīna locīšana un nepareiza locīšana. Daba 2003, 426, 884–890. [CrossRef]

8. Noulzs, TP; Vendruskolo, M.; Dobson, CM Amiloīda stāvoklis un tā saistība ar olbaltumvielu nepareizas salocīšanas slimībām. Nat. Rev.Mol. Cell Biol. 2014, 15, 384–396. [CrossRef] [PubMed]

9. Astoricchio, E.; Alfano, C.; Rajendran, L.; Temussi, PA; Pastore, A. Plašā koacervātu pasaule: no jūras līdz neirodeģenerācijai. Tendences Biochem. Sci. 2020, 45, 706–717. [CrossRef]

10. Burati, E.; Baralle, FE TDP-43: neironu uzkrāšanās, izmantojot proteīna-olbaltumvielas un proteīna-RNS mijiedarbību. Trends Biochem.Sci. 2012, 37, 237–247. [CrossRef] [PubMed]

11. Voglers, TO; Vīlers, Dž. Nguyen, ED; Hjūzs, deputāts; Britsons, KA; Lesters, E.; Rao, B.; Dalla Betta, N.; Vitnija, IESL.; Evahiva, TE; et al. TDP-43 un RNS veido amiloīdam līdzīgas miogranulas atjaunojošajos muskuļos. Daba 2018, 563., 508.–513. [CrossRef]

12. Bhardwaj, A.; Maijers, deputāts; Burati, E.; Baralle, FE Raksturo TDP-43 mijiedarbību ar tās RNS mērķiem. Nucleic Acids Res.2013, 41, 5062–5074. [CrossRef]

13. Bucciantini, M.; Rigacci, S.; Stefani, M. Amiloīda agregācija: Bioloģisko membrānu un agregātu-membrānu sistēmas loma. J. Fiz. Chem. Lett. 2014, 5, 517–527. [CrossRef] [PubMed]

14. Čena, DR; Drakuličs, S.; Deas, E.; Ouberai, M.; Aprile, FA; Arranz, R.; Ness, S.; Roodveldt, C.; Giljamss, T.; De-Genst, EJ; et al.Toksisko oligomēru struktūras raksturojums, kas ir kinētiski iesprostoti -sinukleīna fibrilu veidošanās laikā. Proc. Natl. Acad.Sci. ASV 2015, 112, E1994–E2003. [CrossRef] [PubMed]

15. Gošs, D.; Mehra, S.; Sahajs, S.; Singh, PK; Maji, SK -sinukleīna agregācija un tās modulācija. Int. J. Biol. Macromol. 2017, 100, 37.–54. [CrossRef] [PubMed]

For more information:1950477648nn@gmail.com