Amüloidogeensete valkude diagnostiline potentsiaal, 2. osa

4.1. Amüloidogeensete valkude tase neurodegeneratsioonis

Siiani on kõige levinumate tuvastamisstrateegiate abil uuritud spetsiifilisi amüloidogeenseid valke, olenemata nende konformatsioonidest või PTM-idest, pakkudes teavet amüloidogeense valgu koguhulga kohta haigusseisundite korral.

Haiguste ja mälu seos on väga murettekitav teema ja sellel on inimeste tervisele suur tähtsus. Hea mälu on inimliku tarkuse ilming, mis aitab meil infot paremini töödelda ja otsuseid täpsemalt langetada. Elus muretsevad paljud inimesed sageli, et mõni haigus kahjustab nende mälu, kuid tegelikult aitab positiivne ellusuhtumine ja tervislikud eluviisid aidata meil hoida mälu ja ennetada erinevaid haigusi.

Esiteks võib hea uni aidata mälu säilitada. Uuringud on näidanud, et uni on aju mälusüsteemi võtmeosa, sealhulgas mälu kodeerimine, säilitamine ja protsess. Unepuudus võib neid protsesse negatiivselt mõjutada, põhjustades mälukaotust. Seetõttu võib iga päev piisava uneaja säilitamine aeglustada mälu halvenemist.

Teiseks on mälu säilitamisel võtmetähtsusega ka tervislik toitumine. Inimkeha vajab toitaineid keha ja aju toitmiseks ning mälu parandavad toidud on pähklid, kala, puuviljad ja köögiviljad. Pähklid on rikkad valkude ja rasvhapete poolest, mis võivad soodustada ajunärvide tervislikku arengut. Kala sisaldab palju oomega{0}} rasvhappeid, mis on kasulikud südame-veresoonkonna ja närvisüsteemi tervisele. Lisaks on puu- ja juurviljad rikkad antioksüdantide poolest, mis aitavad ära hoida kognitiivseid häireid ja haigusi, nagu Alzheimeri tõbi.

Lõpuks võivad mälu säilitada ka positiivne suhtumine ja füüsiline harjutus. Positiivsed emotsioonid ja positiivne mõtlemine võivad parandada aju kognitiivset võimekust, aktiveerida närviühendusi ja rakkude proliferatsiooni ajus ning seeläbi aidata parandada mälu. Lisaks võib regulaarne treening soodustada vereringet ja hapniku kohaletoimetamist, mis on kasulik aju tervisele. Traditsioonilised treeningmeetodid, nagu jooga, Tai Chi ja Hiina meditsiin, võivad samuti aidata leevendada pingeid ning edendada füüsilist ja vaimset tervist.

Kokkuvõtvalt võib öelda, et kuigi haiguste ja mälu vahel on teatud seos, võib positiivne ellusuhtumine ja tervislikud eluviisid aidata meil ennetada ja leevendada erinevatest haigustest tingitud mälukahjustusi. Seetõttu peaksime tervisliku ja õnneliku elu poole liikumiseks alati säilitama hea suhtumise, aktiivselt liikuma, toituma mõistlikult ja säilitama tervislikud eluviisid. On näha, et me peame parandama mälu ja Cistanche võib oluliselt parandada mälu, kuna Cistanche'il on antioksüdantne, põletikuvastane ja vananemisvastane toime, mis võib aidata vähendada oksüdatsiooni ja põletikulisi reaktsioone ajus, kaitstes seeläbi aju tervist. närvisüsteem. Lisaks võib Cistanche soodustada ka närvirakkude kasvu ja paranemist, parandades seeläbi närvivõrkude ühenduvust ja funktsiooni. Need mõjud võivad aidata parandada mälu, õppimisvõimet ja mõtlemiskiirust ning võivad samuti ära hoida kognitiivse düsfunktsiooni ja neurodegeneratiivsete haiguste teket.

Klõpsake teada, kuidas ajufunktsiooni parandada

Need meetodid on eriti tõhusad, kui patoloogiline mehhanism sõltub geneetilistest mutatsioonidest (nt kui valgu geneetiline variant on patsientidel spetsiifiliselt ekspresseeritud, tabel 2), valgu ekspressioonitasemetest (nt kui valgu ekspressioon on patsientidel oluliselt muutunud) või vale lokaliseerimisest (nt. kui valk koguneb patsientidel teatud kehapiirkondadesse).

AD korral keskendusid esialgsed katsed kogu A CSF kontsentratsiooni mõõtmisele. Siiski ei leitud olulisi erinevusi patsientide ja kontrollide vahel [33]. Seevastu kogu tau puhul on täheldatud olulisi erinevusi.

Teadlased avastasid AT-ga patsientide tserebrospinaalvedelikus kogu tau märkimisväärse suurenemise võrreldes tervete kontrollidega [67]. Kuigi tau kontsentratsiooni CSF-is ja AD vahel on selge seos, täheldatakse tau kõrgemat kontsentratsiooni ka ägeda insuldi ja ajutrauma korral. ja muud dementsuse vormid [66, 68], mis muudab haiguse spetsiifilise diagnoosimise keeruliseks [44, 66].

PD puhul on väikestes kohortuuringutes leitud, et -syn esineb patsientide CSF-s veidi madalamates kontsentratsioonides kui tervetel inimestel [68–70]. Seda on täheldatud ka plasmas ja süljes.

Suuremates uuringutes on CSF-syn kontsentratsioon oluliselt madalam kui tervetel kontrollidel [69]. See madalam -syn ligipääsmatute kehavedelike kontsentratsioon võib olla valgu rakusisese agregatsiooni tagajärg [69]. Siiski ei piisa ainult -syn kasutamisest PD diagnoosimisel ühe biomarkerina [69]. Madala kontsentratsiooni tõttu on TDP-43 veres usaldusväärne mõõtmine keeruline [71,72].

Siiski on tserebrospinaalvedelikus näidatud, et TDP{{0}} kontsentratsioon on kõrgem ALS-i patsientidel (6,92 ± 3,71 ng/ml) kui tervetel isikutel (5,31 ± 0,94 ng/ml) ja inimestel, keda mõjutavad muud haigused. haigusseisundid, näiteks PD, hulgiskleroos ja Guillain-Barrésündroom [73].

Hiljutised uuringud on näidanud, et CSF-is esinev TDP{0}} võib olla abiomarker ALS-i, ALS/FTD diagnoosimisel, kuid mitte ainult FTD puhul [74,75]. Eelkõige tuleb märkida, et valgud, sealhulgas TDP-43, võivad verest CSF-i difundeeruda.

Lisaks on TDP{0}} rohkesti ka teistes kehaosades peale aju [54,76]. Seega võib TDP-43 CSF-is pärineda teistest kehapiirkondadest ega pruugi ajupatoloogiat piisavalt esindada. FTD-s. Praegu keskenduvad uurimistööd CSF-i eksosoomides sisalduva TDP-43 jälgimisele, mis on pärit ajust ja esindavad seega paremini ajupatoloogiat [77].

Üldiselt, vaatamata veenvatele tõenditele selle kohta, et valgu ekspressioon ja kontsentratsioonid on haiguste korral muutunud, ei ole valgu kogukontsentratsiooni uurimine siiani andnud laialdaselt kasutusele võetud diagnostilist lähenemisviisi.

4.2. Neurodegeneratsiooniga seotud PTM-id

Nagu eelnevalt mainitud, mõjutavad PTM-id amüloidogeensete valkude agregatsioonikalduvust ja mängivad olulist rolli neurodegeneratiivsete haiguste patoloogilises mehhanismis [27, 28].

Lisaks leidub PTM-e ka patsientide bioloogilistes proovides [27–29]. Hälbivad PTM-id võivad ilmneda palju enne kliiniliselt jälgitavate sümptomite tekkimist. See tähelepanek muudab PTM-id potentsiaalselt sobivaks kasutamiseks varajase diagnoosimise biomarkeritena (tabel 1).

4.2.1. Killustumine ja lõhustumine

Valgu lõhustamine on PTM, mida tavaliselt seostatakse amüloidi agregatsiooniga ja mida on põhjalikult uuritud nii in vitro kui ka in vivo . Näiteks AD-s on haigusega seostatud mitmeid APP-fragmente, A 42 ja A 40 on kõige ulatuslikumalt uuritud. Kuid ka teistel A vormidel on diagnostiline potentsiaal, sealhulgas A 37, A 38, A 39 ja A 43 [32].

On leitud, et ligikaudu 50% juhtudest on A 42 CSF kontsentratsioon AD patsientidel madalam kui kontrollrühmas [78].

Siiski peetakse praegu CSF kontsentratsiooni suhet A 42/A 40 diagnostiliselt täpsemaks, kuna see võtab arvesse füsioloogilisi indiviididevahelisi valguekspressiooni kõikumisi [78, 103].

Peale A 40 ja A 42 on A 43 kontsentratsioon madalam CSF-s patsientidel, kellel on varajases staadiumis AD, aga ka patsientidel, kellel on kerge kognitiivne kahjustus ja muud dementsuse vormid [79].

Vastupidi, A38 esineb AD-patsientidel kõrgemates kontsentratsioonides ja eristab spetsiifiliselt AD-d teistest dementsuse vormidest [66]. Seega võib suhe A 42/A 38 korreleeruda erinevate dementsuse tüüpidega ja seda saab kasutada kombineeritud avastamise diagnostikameetodites [103, 104].

Vaatamata sellele, et -syn ja TDP-43 võivad samuti läbida killustumise, mis mängib rolli nende patoloogilistes mehhanismides, on väga vähesed uuringud tuvastanud kehavedelikes kärbitud -synand TDP-43 isovorme ja nende rolli potentsiaalsete biomarkeritena. jäi teadmata [28,54,105,106].

4.2.2. Fosforüülimine

Arvatakse, et A-s suurendab Ser8 ja Ser26 fosforüülimine toksiliste agregaatide arvukust ja stabiilsust. Nende modifikatsioonide rikastamist oligomeersetes A liikides võrreldes monomeeridega on näidatud fosforispetsiifiliste mono- või polüklonaalsete antikehade kasutamisel [80, 81].

Hüperfosforüülimise tagajärjel dissotsieerub tau mikrotuubulivõrgust ja agregeerub. Seetõttu peetakse tau fosforüülimist NFT moodustumise võtmesündmuseks [27].

Viimastel aastatel on p-tau spetsiifiliseks äratundmiseks välja töötatud mitmeid antikehi ja erinevate fosforüülitud epitoopide jaoks on välja töötatud mitmesuguseid ELISA protokolle.

Hiljuti näidati, et p-tau juures Thr217 (p-tau217) on AD jaoks tugev plasma [86] ja CSF [107] biomarker, kuna see eristab AD-d teistest neurodegeneratiivsetest haigustest, sealhulgas teistest tauopaatiatest. Samamoodi on ka -syn. fosforüülitud mitme jäägiga. Märkimisväärne on -syn variant, mis kannab Ser129 (p- -syn129) fosforüülimist.

See modifikatsioon toimub mitme kinaasi toimel ja mõjutab -syn agregatsiooni ja toksilisust nii in vitro [95, 96] kui ka in vivo [108]. Massispektromeetria (MS) ja antikehadel põhinevad katsed on leidnud, et PD patsientide ajust eraldatud LB-d on rikastatud p- -syn129-ga.

Samuti on nad näidanud, et p- -syn129 kontsentratsioon kehavedelikes on PD patsientidel kõrgem ja korreleerub haiguse tõsidusega [109,110]. Soovitati p- -syn129 kvantifitseerimist koos kogu -syn-iga CSF-is, et aidata modelleerida PD-d ja potentsiaalselt diferentsiaaldiagnoosimist teistest parkinsonismihaigustest [110,111].

On välja töötatud mitmeid fosforüülitud TDP{0}} (nt Ser409 ja Ser410) spetsiifilisi antikehi.

Kuid TDP{0}} läbib mitmeid muid modifikatsioone ja ainult valgu fosforüülimise oleku uurimine ei kirjelda haigusseisundit täpselt. Praegu väljatöötamisel olevad tuvastamismeetodid hõlmavad erinevate antikehade kombineeritud kasutamist, mis on suunatud TDP-43 erinevatele modifikatsioonidele ja konformatsioonidele [75,77].

4.2.3. Atsetüülimine

Atsetüülimine on veel üks oluline AD-ga seotud PTM. On teatatud, et A 42- ja tau-agregaatide üldine atsetüülimise tase on ADhippokampuses oluliselt kõrgem kui tervetel isikutel [112].

Lisaks on mitmed uuringud näidanud, et A atsetüülimine Lys16 ja Lys28 mõlemad muudavad peptiidi agregatsiooni in vitro [38]. Eelkõige põhjustab Lys16 atsetüülimine amüloidide asemel amorfsete agregaatide moodustumist [38, 39].

Tau läbib erinevate jääkide juures atsetüülimise. Eelkõige on Lys174, Lys274 ja Lys280 atsetüülimine pälvinud enim tähelepanu, kuna on näidatud, et need reguleerivad ka valgu funktsiooni [87].

Nende modifikatsioonide hulgas leiti Lys280 spetsiifiliselt atsetüülituna transgeensetes hiirtes ja patsientide hipokampuse kudedes [87]. PD ja LB-dega dementsuse (DLB) puhul on teatatud, et patsientide ajukude (temporaalne ajukoor ja dorsolateraalne prefrontaalne ajukoor) sisaldavad lahustuvat ja agregeeritud N-terminaalselt atsetüülitud -syn [113].

On leitud, et N-terminaalne atsetüülimine muudab oluliselt monomeerse -syn struktuuri in vitro. See PTM indutseerib -syn N-otsa spiraalset voltimist [97], mis väidetavalt soodustab valgu patoloogilist seostumist membraanidega [114]. TDP-43 on teine ​​valk, mis läbib atsetüülimise.

See PTM tühistab RNA-ga seondumise ja soodustab valgu agregatsiooni. Eelkõige võib atsetüülitud TDP-43 atLys145 tuvastada ALS-i kahjustustes, kuid mitte FTD-patsientidel, mis viitab sellele, et TDP-43atsetüülimine oli seotud ALS-i patogeneesiga ja seda võib kasutada ALS-i eristamiseks FTD-st, mis on kasulik biomarker, kui see on kehavedelikes kergesti tuvastatav [29].

4.2.4. Oksüdatsioon ja nitreerimine

Oksüdatiivset stressi on kirjeldatud kui neurodegeneratiivseid haigusi soodustavat tegurit [115]. AD korral tuvastati AT-ga patsientidel surmajärgselt A oksüdatsioon Met35 juures [116].

Siiski näidati, et see modifikatsioon aeglustab valgu agregatsiooni in vitro [30, 82] ja haiguse täpse rolli selgitamiseks on vaja täiendavaid uuringuid. Oksüdeeritud amüloidogeensete valkude sihtimise asemel keskenduvad praegused diagnostilised lähenemisviisid peamiselt oksüdatiivse stressi biomarkerite (nt oksüdatsiooniproduktide ja spetsiifiliste metaboliitide) mõõtmisele [115].

Kuid need biomarkerid ei ole neurodegeneratsiooni suhtes spetsiifilised, kuna oksüdatiivset stressi põhjustavad ka põletik ja mitmesuguste patoloogiate, sealhulgas vähi kontekstis [115]. Oksüdeeritud amüloidogeensete valkude, nagu tau ja TDP-43 vastu suunatud antikehade arendamine koos ülitundlike lähenemisviisidega võib aidata diagnoosimisel.

Tyr jääkide nitreerimist on leitud mitmetes patsientide proovides võetud amüloidogeensetes valkudes (nt Tyr10 A-s, Tyr29 tau-s, Tyr39-syn-is) [28,30,37,89].

Eelkõige on leitud, et nitreeritud-syn tase perifeersetes vererakkudes (monotsüütides ja erütrotsüütides) on PD patsientidel spetsiifiliselt kõrgem. Seega peetakse seda modifikatsiooni praegu potentsiaalseks diagnostiliseks biomarkeriks, kuigi on vaja suuremahulisi uuringuid [99, 117].

Nitroseerivaid stressimolekule hinnatakse praegu potentsiaalseteks biomarkeriteks. Kuid ka sel juhul ei ole need neurodegeneratsioonile spetsiifilised ja vaja on täiendavat uurimist [118].

4.2.5. Glükosüülimine

Uuringud leidsid AD CSF proovides lühikesi A-O-glükopeptiide (A 1-15 kuni 20) ja viitasid sellele, et need võivad olla kasulikud biomarkerid ning glükopeptiidide profiile ja kontsentratsioone tuleb kinnitada palju suuremates prospektiivsetes uuringutes [119] (tabel 1). ).

Samuti on näidatud, et Tau läbib N- ja O-glükosüülimise. Huvitaval kombel mängib O-glükosüülimine kaitsemehhanismi hüperfosforüülimise ja PHF-i moodustumise vastu [91]. O-glükosüülitud tau madalam tase on AD ajus võrreldes tervete kontrollidega [91].

Seevastu näidati, et N-glükosüülimine hõlbustab tau hüperfosforüülimist, soodustades seega selle akumuleerumist PHF-is. N-glükosüülimist on leitud ebainimlike AD ajus, kuid mitte kontrollajus, mis võib olla diagnoosimisel oluline modifikatsioon [83].

PD korral leiti in vivo ka O-seotud glükosüülitud sün-N-atsetüülglükoosamiiniga [100].

Glükosüülitud amüloidogeensete valkude tuvastamisel põhinevad diagnostilised lähenemisviisid on endiselt suures osas uurimata ja uued tehnikad on väljatöötamisel. Patsientide glükosüülimismustrite hindamine hõlmab N-glükoomi profiilide koostamist glükoblotanalüüsi ja MS-i abil [120, 121].

4.2.6. Ubikvitinatsioon

Ubikvitiin märgistab valesti volditud valgud ja suunab need lagunema läbi ubikvitiini-proteasoomi süsteemi. Arvatakse, et amüloidide ebanormaalne kuhjumine võib tuleneda ubikvitiini-proteasoomi raja muutumisest [122].

On leitud, et ubikvitiini esineb AD-patsientide kortikaalsetes kudedes suuremates kontsentratsioonides võrreldes tervete kontrollidega [122, 123]. Kuigi varased uuringud on näidanud, et suurem osa ubikvitinatsioonist toimub siis, kui tau on puntratesse agregeerunud, on ubikvitiini leitud ka lahustuvas taus, näiteks Lys63 konjugatsiooni kaudu [92, 93].

Eelkõige leiti, et Lys48 ja eriti Lys{1}}seotud polüubikvitinatsioon, samuti monoubikvitiini modifikatsioonid aitavad kaasa puntrate biogeneesile.

Edasised analüüsid võivad keskenduda Lys63 ubikvitineeritud tau tuvastamisele, et hinnata selle diagnostilist väärtust [94]. -Syn on leitud mono-, di- ja tri-ubikvitineeritud DLB-patsientide lahangupatsientide ajukoore kudede LB-des [124].

Kui on näidatud, et Lys6, Lys12, Lys21, Lys43 ja Lys96 ubikvitineerimisel on fibrillide moodustumist pärssiv toime, siis Lys10 ja Lys23 ubikvitineerimisel on vastupidine mõju ja sellel võib olla patoloogiline roll.

Nende esinemine kehavedelikes ja seos PD patoloogiaga on aga teadmata [28]. Ubikvitineeritud TDP-43 on agregaatide põhikomponent umbes 50% FTD-juhtudest ja 97% ALS-i juhtudest ning näib olevat allavoolu fosforüülimisest. Sellegipoolest tuleb ubikvitinatsiooni mõju TDP{4}} agregatsioonile veel selgitada [29].

Praegu keskenduvad potentsiaalsed diagnostilised lähenemisviisid vaba mittekonjugeeritud ubikvitiini, mitte ubikvitineeritud valkude mõõtmisele CSF-s [125]. On täheldatud, et ubikvitiini kogus CSF-is peegeldab valguagregaatide arvu ajus ja võib toimida biomarkerina [125, 126].

4.3. Amüloidi agregaadid ja amüloiditundlikud sondid

Praegu keskenduvad üha suuremad uurimistööd biomolekulaarsete tööriistade loomisele, et sihtida spetsiifilisi agregaatkonformatsioone (joonis 2). Selle strateegia aluseks on tõsiasi, et amüloidogeensed valgud on üldiselt vähe toksilised, kui need on monomeersed, samas kui nende toksilisus suureneb märkimisväärselt, kui need on agregeeritud [13].

Hiljutised tõendid näitavad, et oligomeerid on eriti toksilised [13], seega saab neurodegeneratiivsete haiguste progresseerumise ja raskusastme jälgimiseks konkreetselt kvantifitseerida amüloidide ja/või oligomeeride kontsentratsiooni (tabel 2, joonis 3).

Selles kontekstis on välja töötatud mitmeid amüloidide ja amüloiditaoliste agregaatide sonde, sealhulgas väikese molekuliga fluorestseeruvad sondid, konformatsiooni suhtes selektiivsed antikehad ja aptameerid [127–130].

Eelkõige suutsid amüloiditundlikke fluorestseeruvaid molekule kasutavad ühemolekulilised uuringud sondeerida patsientide kehavedelikes esinevaid üksikuid lahustuvaid agregaate.

Selleks on kasutatud väikeseid molekule, nagu tioflaviin T (ThT), mis suurendavad nende fluorestsentsi, kui nad seonduvad amüloidide rist{0}}lehe komponendiga. Seda lähenemisviisi kasutades õnnestus teadlastel kvantifitseerida lahustuvad amüloiditaolised agregaadid AD ja PDCSF proovides [131,132].

Lisaks ThT-le on välja töötatud ka teisi sarnaste fluorestseeruvate omadustega molekule, sealhulgas molekulaarrootoreid [133, 134], näiteks tioflaviin X [135].

Lisaks nendele väikeste molekulidega sondidele on välja töötatud kõrge spetsiifilisusega biomolekulid, nagu antikehafragmendid ja aptameerid, mis on võimelised sondeerima erinevate amüloidogeensete valkude oligomeere [127, 136, 137].

Hiljuti suutis ülilahutusega mikroskoopia amüloidispetsiifilise aptameeri ja DNA punktide akumulatsiooniga nanomõõtmelises topograafias tuvastada agregeerunud -syn ja A PD patsientide proovides, ilma et oleks vaja konjugeeritud fluorofoori [138].

Traditsiooniliselt on antikehi genereeritud, kasutades väljakujunenud tehnikaid in vivo immuniseerimise ja hübridoomi tehnoloogiate abil [139, 140] või in vitro, kasutades kuvamistehnoloogiaid [141].

Uudsete in silico antikehade avastamise meetodite ilmnemine on võimaldanud antikehade tootmist kulu- ja ajasäästlikul viisil [142]. AbDesign, struktuuripõhine algoritm, mis kasutab kombinatoorset ja energiapõhist disaini, on olnud edukas insuliini ja mükobakteri atsüülkandjavalgu sihtmärgiks olevate antikehafragmentide kavandamisel [143].

Sarnaseid edusamme on saavutatud ka struktuuripõhiste protseduuride abil, nagu OptMAVEn [144] ja Rosetta antikehade disain [145]. Hiljuti töötati välja kaskaadmeetod [128], et kujundada komplementaarsed peptiidid sihtmärkepitoopile, mida saab pookida antikeha karkassi komplementaarsust määravasse piirkonda.

Kaskaadmeetodit on varem kasutatud A 42 amüloidide ja oligomeeride sihtmärgiks olevate konformatsioonispetsiifiliste antikehade kavandamisel [127, 146].

4.4. Aju amüloidide PET neuroimaging

PET-pildistamisel kasutatakse ajus in vivo amüloidide esinemise skriinimiseks radiomärgistusaineid [147]. Radiomärgistusaineid iseloomustab kõrge lipofiilsus, mis võimaldab neil läbida hematoentsefaalbarjääri.

Pittsburghi ühend B (11C-PiB) on ThT fluorestseeruv analoog ja seda kasutati esmakordselt amüloidfibrillide jälgimiseks PET-i abil 2004. aastal. 11C-PiB on praegu üks enim kasutatud radioligande ajupatoloogia A PET-pildis [148] (tabel 2). .

Amüloid-PET suudab eristada dementsust kergest kognitiivsest kahjustusest ja normaalsest vananemisest. Siiski ei saa see diskrimineerida erinevaid dementsuse vorme. Lisaks on need meetodid kallid ja praegused kliiniliselt kasutatavad radiomärgistajad peegeldavad ainult ajus lahustumatute agregaatide taset.

Seevastu on väljatöötamisel uudsed antikehapõhised radioligandid lahustuvate oligomeersete ja protofibrillaarsete A vormide tuvastamiseks ning neid on testitud transgeensetes hiirtes [149, 150].

For more information:1950477648nn@gmail.com