Amiloidogeninių baltymų diagnostinis potencialas 3 dalis

4.5. Kombinuotas aptikimas

Neurodegeneracinės ligos turi daug bendrų simptomų ir patologinių mechanizmų. Visų pirma, to paties amiloidogeninio baltymo sankaupos gali egzistuoti žmonėms, paveiktiems įvairių formų neurodegeneracijos [151].

Žmonėms senstant, jų fizinė sveikata pamažu ima prastėti ir sensta. Tarp jų neurodegeneracinė liga yra rimta liga, pažeidžianti žmonių fizines funkcijas, intelekto lygį ir atminties gebėjimus. Tačiau mums nereikia nusiminti ir bijoti, nes yra daug būdų, kaip atidėti neurodegeneracinių ligų atsiradimą. Kartu taip pat labai svarbu koreguoti savo mentalitetą, išlaikyti teigiamą požiūrį į gyvenimą. Šiame straipsnyje bus nagrinėjamas ryšys tarp neurodegeneracinių ligų ir atminties bei pateikiami keli veiksmingi būdai pagerinti atmintį, kad galėtume gyventi sveiką, laimingą ir visavertį gyvenimą.

Neurodegeneracinės ligos yra ligos, susijusios su nervų sistema, pavyzdžiui, Alzheimerio liga, Parkinsono liga ir Hantingtono liga. Šios ligos dažniausiai pažeidžia žmonių atmintį, pasireiškiančios nesenų dalykų pamiršimu, tų pačių užduočių kartojimu ir pamažu kasdienių reikalų kontrolės praradimu. Norėdami išvengti šių simptomų, turime imtis aktyvių priemonių, tokių kaip:

1. Palaikykite gerą sveikatą. Gera fizinė būklė yra vienas geriausių neurodegeneracinių ligų prevencijos būdų. Vidutinis pratimas gali pagerinti fizinę funkciją ir palaikyti smegenų aprūpinimą krauju ir deguonimi. Be to, labai svarbūs ir sveikos mitybos įpročiai, kurie gali suteikti pakankamai mitybos ir energijos, kad organizmas būtų sveikas.

2. Aktyviai mankštinkite smegenis. Jei norime išlaikyti atmintį, turime reguliariai mankštinti smegenis. Tai gali apimti naujų dalykų mokymąsi, žaidimus ir veiklą, kuri meta iššūkį smegenų pažintiniams gebėjimams, arba netgi smegenų stimuliavimą dalyvaujant socialinėje veikloje. Ši veikla gali paskatinti naujų nervinių jungčių formavimąsi ir išlaikyti smegenis lanksčias bei atsparias.

3. Išlaikykite teigiamą požiūrį į gyvenimą. Psichologiniai veiksniai taip pat vaidina pagrindinį vaidmenį ilgalaikėje neurodegeneracinių ligų prevencijoje. Džiaugsmingas, pozityvus ir optimistiškas žmogus dažnai yra mažiau veikiamas neigiamų veiksnių ir yra labiau linkęs išlaikyti gerą fizinę ir psichinę sveikatą. Teigiamas požiūris į gyvenimą gali paskatinti naujus dėmesio ir mąstymo būdus bei padėti pagerinti atmintį.

Trumpai tariant, neurodegeneracinių ligų prevencija yra ilgalaikė užduotis, reikalaujanti nuolatinio dėmesio fizinei ir smegenų sveikatai. Laikydamiesi sveikos mitybos, saikingai mankštindamiesi ir pozityviai mąstydami, galime sustiprinti savo vidinę jėgą ir atsparumą bei veiksmingai užkirsti kelią neurodegeneracinių ligų atsiradimui. Tuo pat metu turėtume išlaikyti optimistišką, teigiamą ir laimingą požiūrį ir džiaugtis sveiku, laimingu ir pilnaverčiu gyvenimu. Matyti, kad turime pagerinti savo atmintį, o Cistanche gali žymiai pagerinti atmintį, nes Cistanche taip pat gali reguliuoti neuromediatorių pusiausvyrą, pavyzdžiui, padidinti acetilcholino ir augimo faktorių kiekį, kurie yra labai svarbūs atminčiai ir mokymuisi. Be to, Cistanche deserticola gali pagerinti kraujotaką ir skatinti deguonies tiekimą, o tai gali užtikrinti, kad smegenys gautų tinkamą mitybą ir energiją, taip pagerinant smegenų gyvybingumą ir ištvermę.

Norėdami pagerinti atmintį, spustelėkite žinokite papildus

Pavyzdžiui, A ir p-tau agregatų taip pat galima rasti pacientams, sergantiems DLB, ir -syn agregatų pacientams, sergantiems AD. A , -syn ir tau atsiradimas kartu rodo AD, tauopatijų ir sinukleinopatijų sutapimą [152].

Amiloido agregatų gali būti ir žmonėms, kuriems nepasireiškia jokie ligos simptomai [151]. Šie stebėjimai leidžia daryti išvadą, kad kai kuriais atvejais vien vieno atskiro amiloidogeninio baltymo stebėjimo gali nepakakti, kad būtų galima nustatyti tikslią diagnozę.

Įvairūs tyrimai įvertino diagnostinį efektyvumą stebint skirtingų amiloidogeninių baltymų lygius kartu (2 lentelė). Pavyzdžiui, kiekybiškai įvertinus tiek p-tau181, kuriame yra fosforilintas Thr181, tiek santykį A 42/A 38, buvo galima atskirti AD nuo kitų neurodegeneracinių ligų [66, 104].

Neseniai atliktame tyrime, kuriame dalyvavo 4444 dalyviai per 14 metų, buvo galima susieti NFT ir A 42 koncentraciją plazmoje su rizika susirgti AD ir visų priežasčių demencija [153]. Be to, bendrojo sin ir viso tau CSF lygių analizė galėtų padėti nustatyti sinukleinopatijas, palyginti su kitomis neurodegeneracinėmis ligomis [68].

Neseniai atliktas darbas parodė, kad nustatant oligomerinio -syn/bendro -syn, p- -syn129 ir p-tau181 santykį CSF buvo galima nustatyti PD pacientus iš kontrolinių grupių [154].

Taip pat buvo įrodyta, kad glikacijos, -syn Tyr 39 nitrinimo ir pTyr125 padidėjimas bei SUMO-1 kiekio sumažėjimas kraujo mėginiuose buvo susijęs su PD [117].

Galiausiai buvo nustatyta, kad bendrojo TDP-43 koncentracija CSF ir bendro tau/pThr181-tau santykis atskiria ALS/FTD sergančius pacientus nuo sveikų kontrolinių asmenų [155]. 2 lentelėje apibendriname. pagrindiniai baltymai, kuriuos galima stebėti kartu diagnostikos tikslais.

5. Naujausi aptikimo technologijos pažanga

Atsižvelgiant į prieinamas kainas ir galimybę lengvai padaryti juos didelio našumo, imunologiniai tyrimai, tokie kaip ELISA ir imunoblotingas, buvo dažniausiai naudojami metodai amiloidogeninių baltymų koncentracijai kūno skysčiuose ir audiniuose nustatyti.

Taip pat naudojami kiti metodai, įskaitant PET, MS ir mikroskopiją, taip pat atsiranda naujų itin jautrių aptikimo technologijų. Svarbų pavyzdį pateikia MS.

Neseniai nustatyta kapiliarinės izotachoforezės – elektropurškimo jonizacijos MS gali aptikti pikomolinę A koncentraciją [157]. Kitame tyrime automatizuotas klinikinis masės spektrometras galėjo aptikti skirtingus A variantus CSF multipleksiniu būdu [158]. Pažymėtina, kad abu metodai buvo be antikūnų ir nereikėjo imuninės sistemos sodrinimo.

42/A 40 santykį CSF taip pat galima nustatyti naudojant LC-MS/MS tyrimą su dideliu klinikiniu jautrumu [159]. MS pranašumai apima mažą imties dydį, greitą apyvartos laiką, platų pritaikomumą ir jautrumą.

Amiloidų atskirų dalelių analizė gali būti atliekama mikroskopiniais metodais, įskaitant fluorescenciją, atominę jėgą ir elektronų mikroskopiją. Pažymėtina, kad fluorescencija pagrįsti metodai suteikia itin jautrų atskirų amiloidinių fibrilių ir oligomerų neurodegeneracinių ligų aptikimą. Be to, didelės skiriamosios gebos metodai leidžia suprasti struktūrines savybes ir paviršiaus hidrofobiškumą [17].

Nanoporų jutimas yra neoptinė technika, kuri neseniai buvo įrodyta, kad galima atlikti polimerinių baltymų vienos molekulės analizę ir gali būti taikoma amiloidams ir oligomerams [160, 161].

Atliekant nanoporų jutimą, biomolekulė perkeliama per ananoporą, įterptą į ploną dielektrinę membraną, skiriančią dvi kameras su elektrolitais. Išskirtines biomolekulės konformacijas galima apibūdinti jai perkėlus per nanoporą, analizuojant porų joninio laidumo pokytį [162,163].

Kiti naujausi metodai apima amiloido sėjimo tyrimus, tokius kaip klaidingo baltymų susilankstymo ciklinė amplifikacija [164] ir realaus laiko drebėjimo sukelta konversija (RT-QuIC) [165]. Šiuose tyrimuose amiloidų sudėtis ir skaičius biologiniuose mėginiuose nustatomas pagal šių mėginių gebėjimą sukelti rekombinantinio monomerikamiloidogeninio baltymo agregaciją, naudojant ThT pagrįstus agregacijos matavimus.

Šie tyrimai buvo nustatyti keliems amiloidogeniniams baltymams. Ypač RT-QuIC tyrimas, skirtas -syn, parodė didelį diagnostinį jautrumą PD ir DLB [165]. Tiek MS, tiek mikroskopiniams metodams reikalingi sudėtingi prietaisai.

Prekyboje yra ELISA rinkinių, skirtų keletui biomarkerių, įskaitant A 42, p-tau, total-tau ir -syn. Tačiau ELISA nustatymas gali būti daug darbo reikalaujantis ir riboto jautrumo. Buvo sukurti įvairūs didelio jautrumo ELISA metodai. Pavyzdžiui, mokslininkai išmatavo bendrą -syn koncentraciją kūno skysčiuose, naudodami imobilizuotus lipidus [166].

Be to, ELISA buvo susieta su kitomis aptikimo technologijomis, tokiomis kaip naujoji plokštelinė elektrochemiliuminescencija [167]. Taikant šį metodą, buvo žymiai sutrumpintas apdorojimo laikas, mažesni mėginio tūrio reikalavimai ir vienu metu apdoroti keli biologiniai žymenys [167]. Be elektrochemiliuminescencijos, skaitmeninis ELISA taip pat buvo sukurtas naudojant vienos molekulės matricos (Simoa) technologiją.

Pranešama, kad šis metodas padidino jautrumą A 42 aptikimui žmogaus plazmoje (pM diapazone) [168]. Be to, buvo nustatytas paviršiuje pagrįstas fluorescencijos intensyvumo pasiskirstymo analizės (sFIDA) tyrimas, panašus į sumuštinį ELISA, kai A oligomerai buvo imobilizuoti funkcionalizuotas stiklo paviršius per antikūnus, vaizduojamas didelės skiriamosios gebos fluorescencine mikroskopija [169].

Multi-Analyte Profiling (xMAP) platforma išsiskiria iš daugybės metodų, pagrįstų tankinimo galimybėmis.

Naudojant pusiau automatinį tyrimą galima vienu metu kiekybiškai įvertinti iki 100 mėginių viename tyrime. Tyrimai parodė, kad xMAP duomenys apie bendrą tau, p-tau, A 40 ir A 42 gerai koreliavo su tyrimais pagrįstomis ELISA reikšmėmis, pasižyminčiomis didesniu jautrumu ir specifiškumu [170].

Imunopolimerazės grandininėje reakcijoje (I-PGR) naudojama realaus laiko PGR (taip pat žinoma kaip kiekybinė PGR), siekiant sujungti nukleorūgščių amplifikaciją su antikūnais pagrįstais tyrimais, kad įprastų imuninių tyrimų jautrumas būtų padidintas 10–{5}} kartų.

Tyrėjai kiekybiškai įvertino daugybę fosforilintų tau epitopų, naudodami I-PGR CSF [171] ir sukūrė anano-I-PCR metodą, pagal kurį buvo naudojamos aukso nanodalelės, funkcionalizuotos tau specifiniu monokloniniu antikūnu, siekiant nustatyti bendrą tau kiekį CSF mėginiuose [172]. Bendras A 40 kiekis mikrodissekuotuose neuronuose taip pat gali būti kiekybiškai įvertintas naudojant I-PGR su dideliu jautrumu ir aptikimo diapazonu [173].

Šis metodas tinka mažiems mėginių kiekiams, greitai pasiekiamas rezultatų ir gali būti pritaikytas multipleksavimui. Priežiūros taško (POC) diagnostika neabejotinai yra nauja tendencija.

Šis metodas leidžia įprastus ELISA, Luminex xMAP ir qPCR paversti nebrangiais, nešiojamais ir paprastai naudojamais POC įrenginiais [174]. Popierinis ELISA yra paprasčiausias POC diagnostikos variantas.

6. Išvados ir galimos ateities kryptys

Ligos biomarkeriai yra esminis reikalavimas kuriant tikslius diagnostikos metodus. Šioje apžvalgoje aptarėme, kaip amiloidogeniniai baltymai turi potencialą kaip neurodegeneracinių ligų biomarkeriai, ir aprašėme aptikimo technologijas, leidžiančias įvertinti jų koncentracijas organizme (3 pav.).

Be genetinių mutacijų, daugelis PTM ir specifinių amiloidogeninių baltymų konformacijų yra susijusios su liga ir atsiranda kaip galimi biomarkeriai (1 ir 2 lentelės). Šiame kontekste tarp visų agreguotų konformacijų pažymėtini oligomerai, kurie yra labai toksiški ir laikomi pagrindiniais ligos pradžios ir progresavimo dalyviais.

Amiloidogeninių baltymų, kaip biomarkerių, naudojimas susiduria su iššūkiais. Pirma, neurodegeneracinėms ligoms būdingi kai kurie pagrindiniai patologiniai mechanizmai, įskaitant agregatų susidarymą dėl to paties amiloidogeninio baltymo (pvz., pacientams, sergantiems DLB, gali būti A ir p-tau sankaupų) [152].

Dėl to sunku atskirti vieną neurodegeneracijos formą nuo kitos, remiantis tik vieno konkretaus amiloidogeninio baltymo aptikimu. Be to, amiloidogeninius baltymus sunku pasiekti CNS, o jų koncentracija nepasiekiamuose kūno skysčiuose pastebimai svyruoja, ypač ankstyvosiose ligos stadijose.

Mūsų nuomone, perspektyvios diagnostikos strategijos, galinčios išspręsti šias problemas, yra pagrįstos kelių amiloidogeninių baltymų ar baltymų savybių aptikimu (4.5 skyrius).

Be to, amiloidogeninius baltymus galima stebėti kartu su kitų tipų biomarkeriais, tokiais kaip metabolitai. Naujausi tyrimai parodė, kad neurodegeneracija veikia medžiagų apykaitos kelius, o metabolizmo profiliavimui buvo sukurtos aptikimo platformos [175].

Pavyzdžiui, branduolinis magnetinis rezonansas ir MS buvo sėkmingai naudojami nustatant medžiagų apykaitos pokyčius ląstelių sistemose [176], pomirtinius smegenų mėginius [177] ir pacientų CSF [178].

Kombinuoti metodai taip pat gali apimti neuropsichologinį įvertinimą ir neurovizualizavimą. Be to, amiloidogeniniai baltymai taip pat gali būti aptikti kūno regionuose, be CNS ir kūno skysčių.

Pavyzdžiui, PD pacientų virškinimo sistemoje buvo aptiktos agreguotos -syn formos [179]. Šio radinio diagnostinė svarba yra dvejopa: ji rodo, kad kitose kūno dalyse galima ištirti galimus neurodegeneracijos biomarkerius [180]; tai taip pat reiškia, kad pacientams gali pasireikšti simptomai / sutrikimai, nesusiję su neurodegeneracine būkle, bet gali būti naudojami ankstyvai diagnozei.

Jautrumas ir specifiškumas yra svarbūs amiloidogeninių baltymų aptikimo technologijų požymiai. 4.3 ir 5 skyriuose aprašėme keletą perspektyvių metodų, kurie šiuo metu yra kuriami.

Jie yra pagrįsti biojutikliais, vienos molekulės nustatymu ir molekuliniais zondais (pvz., antikūnais). Mūsų nuomone, antikūnais pagrįsti metodai ypač turi didelį potencialą, nes leidžia aptikti sudėtinguose mišiniuose. Be to, gali būti sukurti antikūnai, skirti nukreipti į skirtingas baltymų savybes, įskaitant PTM ir konformacijas (pvz., oligomerus).

Apibendrinant galima pasakyti, kad amiloidogeniniai baltymai yra patrauklūs galimi neurodegeneracijos biomarkeriai. Jų diagnostikos sėkmė yra susipynusi su kombinuotų aptikimo strategijų kūrimu, įtraukiant kitų tipų biologinius žymenis, organų sistemas ir itin jautrias technologijas.

Autoriaus indėlis: Rašymas – originalaus projekto rengimas, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA; rašymas-recenzija ir redagavimas, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA Visi autoriai perskaitė ir sutiko su paskelbta rankraščio versija.

Finansavimas: dėkojame JK tyrimų ir inovacijų skyriui (Ateities lyderių stipendija MR/S033947/1), Alzheimerio draugijai, JK (511 dotacija) ir Alzheimerio tyrimų UK (ARUK-PG2019B-020) už paramą.

Institucinės peržiūros tarybos pareiškimas: Netaikoma.

Informuoto sutikimo pareiškimas: Netaikoma.

Padėka: skaičiai buvo sukurti naudojant ChemDraw v19.1 ir Biorender.com (prieiga 2021 m. balandžio 5 d.).

Interesų konfliktai: FAA yra patento PCT/GB2020/051965 išradėjas.

Nuorodos

1. Graham, ME Demencijos pakeitimas saugaus popieriumi: saugių demencijos priežiūros skyrių pakeitimo saugaus popierių socialiniai aspektai. Aging Soc. 2021, 41 439–455. [CrossRef]

2. Agravalis, M.; Biswas, A. Neurodegeneracinių sutrikimų molekulinė diagnostika. Priekyje. Mol. Biosci. 2015, 2, 54. [CrossRef][PubMed]

3. Hussainas, R.; Zubair, H.; Pursell, S.; Shahab, M. Neurodegeneracinės ligos: regeneraciniai mechanizmai ir nauji terapiniai metodai. Brain Sci. 2018, 8, 177. [CrossRef] [PubMed]

4. Reulis, S.; Lohmann, H.; Wiendl, H.; Duningas, T.; Johnen, A. Ar kognityvinis vertinimas gali išskirti ankstyvąsias Alzheimerio ir elgesio varianto frontotemporalinės demencijos stadijas pradiniame klinikiniame pristatyme? Alzheimer's Res. Ten. 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.; ir kt. Naujų cerebrospinalinio skysčio biomarkerių kandidatų į demenciją su Lewy kūnais identifikavimas: proteominis metodas. Mol. Neurodegeneras. 2020, 15, 36. [CrossRef] [PubMed]

6. Li, B.; Ge, P.; Murray, KA; Šetas, P.; Zhang, M.; Nair, G.; Sawaya, MR; Shin, WS; Boyer, DR; Taip, S.; ir kt. Viso ilgio krio-EM-sinukleinas atskleidžia fibrilių polimorfus su bendru struktūriniu branduoliu. Nat. Komun. 2018, 9, 3609. [CrossRef]

7. Dobson, CM Baltymų lankstymas ir klaidingas lankstymas. Gamta 2003, 426, 884–890. [CrossRef]

8. Knowles, TP; Vendruskolo, M.; Dobson, CM Amiloido būsena ir jos ryšys su klaidingo baltymų susilankstymo ligomis. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2014, 15, 384–396. [CrossRef] [PubMed]

9. Astoricchio, E.; Alfano, C.; Rajendran, L.; Temussi, PA; Pastore, A. Platus koacervatų pasaulis: nuo jūros iki neurodegeneracijos. Tendencijos Biochem. Sci. 2020, 45, 706–717. [CrossRef]

10. Buratti, E.; Baralle, FE TDP-43: Neuronų susikaupimas per baltymų ir baltymų bei baltymų ir RNR sąveiką. Tendencijos Biochem.Sci. 2012, 37, 237–247. [CrossRef] [PubMed]

11. Vogleris, TO; Wheeleris, JR; Nguyen, ED; Hughesas, parlamentaras; Britsonas, KA; Lesteris, E.; Rao, B.; Dalla Betta, N.; Whitney, ĮJUNGTA; Ewachiw, TE; ir kt. TDP-43 ir RNR regeneruojančiuose raumenyse sudaro į amiloidą panašias miogranules. Gamta 2018, 563, 508–513. [CrossRef]

12. Bhardwaj, A.; Myers, MP; Buratti, E.; Baralle, FE Apibūdinanti TDP{1}} sąveiką su RNR taikiniais. Nucleic Acids Res.2013, 41, 5062–5074. [CrossRef]

13. Bucciantini, M.; Rigacci, S.; Stefani, M. Amiloido agregacija: Biologinių membranų ir agregatų-membranų sistemos vaidmuo. J. Fizik. Chem. Lett. 2014, 5, 517–527. [CrossRef] [PubMed]

14. Čenas, SW; Drakuličius, S.; Deas, E.; Ouberai, M.; Aprile, FA; Arranz, R.; Nesas, S.; Roodveldt, C.; Guilliams, T.; De-Genst, EJ; ir kt.Toksinių oligomerų, kurie kinetiškai įstrigę formuojantis -sinukleino fibrilėms, struktūrinis apibūdinimas. Proc. Natl. Acad.Sci. JAV, 2015, 112, E1994–E2003. [CrossRef] [PubMed]

15. Ghosh, D.; Mehra, S.; Sahay, S.; Singhas, PK; Maji, SK -sinukleino agregacija ir jos moduliacija. Tarpt. J. Biol. Macromol. 2017,100, 37–54. [CrossRef] [PubMed]

For more information:1950477648nn@gmail.com