הפוטנציאל האבחוני של חלבונים עמילואידוגניים חלק 3
Jun 07, 2024
4.5. איתור משולב
מחלות ניווניות נוירו-דגנרטיביות חולקות תסמינים ומנגנונים פתולוגיים רבים. בפרט, אגרגטים של אותו חלבון עמילואידגני יכולים להתקיים אצל אנשים שנפגעו מצורות שונות של ניוון עצבי [151].
ככל שאנשים מתבגרים, בריאותם הגופנית מראה בהדרגה סימני ירידה והזדקנות. ביניהם, מחלה ניוונית עצבית היא מחלה קשה הפוגעת בתפקודים הפיזיים, רמת האינטליגנציה ויכולת הזיכרון של אנשים. עם זאת, אנחנו לא צריכים להיות מתוסכלים ולפחד מכיוון שישנן דרכים רבות לעכב את התרחשותן של מחלות ניווניות. יחד עם זאת, חשוב מאוד גם להתאים את המנטליות שלנו ולשמור על גישה חיובית לחיים. מאמר זה יחקור את הקשר בין מחלות ניווניות וזיכרון, ויספק כמה דרכים יעילות לשיפור הזיכרון כך שנוכל לקבל חיים בריאים, מאושרים ומספקים.
מחלות ניווניות עצביות הן מחלות המערבות את מערכת העצבים, כמו מחלת אלצהיימר, מחלת פרקינסון ומחלת הנטינגטון. מחלות אלו פוגעות בדרך כלל בזיכרון של אנשים, המתבטאות בשכחה של דברים אחרונים, חזרה על אותן משימות ואיבוד השליטה בהדרגה על ענייני היום-יום. כדי למנוע את התרחשותם של תסמינים אלה, עלינו לנקוט באמצעים פעילים, כגון:
1. שמרו על בריאות טובה. מצב גופני טוב הוא אחת הדרכים הטובות ביותר למנוע מחלות ניווניות. ביצוע פעילות גופנית מתונה יכולה לשפר את התפקוד הגופני ולשמור על אספקת הדם והחמצן למוח. בנוסף, הרגלי אכילה בריאים חשובים מאוד, שיכולים לספק מספיק תזונה ואנרגיה כדי לשמור על בריאות הגוף.
2. להפעיל את המוח באופן פעיל. אם אנחנו רוצים לשמור על הזיכרון שלנו, אנחנו צריכים להפעיל את המוח שלנו באופן קבוע. זה יכול לכלול לימוד דברים חדשים, משחקים ופעילויות המאתגרות את היכולות הקוגניטיביות של המוח, או אפילו גירוי המוח על ידי השתתפות בפעילויות חברתיות. פעילויות אלו יכולות לקדם יצירת קשרים עצביים חדשים ולשמור על גמישות וגמישות המוח.
3. שמרו על גישה חיובית לחיים. גורמים פסיכולוגיים ממלאים גם תפקיד מפתח במניעה ארוכת טווח של מחלות ניווניות. אדם שמח, חיובי ואופטימי לרוב מושפע פחות מגורמים שליליים ויש לו סיכוי גבוה יותר לשמור על בריאות גופנית ונפשית טובה. גישה חיובית לחיים יכולה לקדם דרכים חדשות של תשומת לב וחשיבה, ולעזור לשפר את הזיכרון.
בקיצור, מניעת מחלות נוירודגנרטיביות היא משימה ארוכת טווח הדורשת תשומת לב קבועה לבריאות הפיזית והמוחית של האדם. על ידי שמירה על תזונה בריאה, פעילות גופנית מתונה ודרך חשיבה חיובית, אנו יכולים לשפר את הכוח וההתנגדות הפנימיים שלנו ולמנוע ביעילות את התרחשותן של מחלות ניווניות. יחד עם זאת, עלינו לשמור גם על גישה אופטימית, חיובית ושמחה וליהנות מחיים בריאים, מאושרים ומספקים. ניתן לראות כי אנו צריכים לשפר את הזיכרון שלנו, וסיסטאנצ'י יכול לשפר משמעותית את הזיכרון מכיוון ש-Cistanche יכול לווסת גם את איזון הנוירוטרנסמיטרים, כמו הגברת רמות האצטילכולין וגורמי גדילה, החשובים מאוד לזיכרון וללמידה. בנוסף, Cistanche deserticola יכולה לשפר את זרימת הדם ולקדם מתן חמצן, מה שיכול להבטיח שהמוח יקבל תזונה ואנרגיה נאותים, ובכך לשפר את חיוניות המוח וסיבולת.
לחץ על יודע תוספי מזון כדי לשפר את הזיכרון
לדוגמה, A ו-p-tau aggregate ניתן למצוא גם בחולים עם DLB, ו-syn aggregates בחולים עם AD. ההתרחשות המשותפת של A, -syn ו-tau מציעה חפיפה בין AD, tauopathies ו-synucleinopathies [152].
אגרגטים עמילואידים יכולים להיות נוכחים גם אצל אנשים שאינם מראים תסמיני מחלה כלשהם [151]. תצפיות אלו מובילות למסקנה שבמקרים מסוימים, ניטור של חלבון עמילואידגני בודד אחד לבדו עשוי שלא להספיק למתן אבחנה מדויקת.
מחקרים שונים העריכו את ביצועי האבחון של ניטור הרמות של חלבונים עמילואידוגניים שונים יחד (טבלה 2). לדוגמה, הכימות של ריכוזי ה-CSF של ה-p-tau181, הנושא את Thr181 הפוספוריל, והיחס A 42/A 38 הצליחו להבדיל בין AD ממחלות ניווניות אחרות [66,104].
מחקר שנערך לאחרונה על קבוצה של 4444 משתתפים במשך 14 שנים היה מסוגל לקשר את רמות הפלזמה של NFTs ו-A 42 עם הסיכון לפתח AD ודמנציה מכל הסיבות [153]. יתרה מזאת, ניתוח רמות ה-CSF של ה-syn-total-tau וה-total tau יכול לסייע בזיהוי של סינוקליינופתיות על פני מחלות ניווניות אחרות [68].
עבודה עדכנית הראתה כי קביעת היחס בין אוליגומרי -syn/total -syn, p- -syn129 ו-p-tau181 ב-CSF הצליחה לזהות חולי PD מבקרים [154].
כמו כן, הוכח כי עלייה בגליקציה, -syn Tyr 39nitration ו-pTyr125, וירידה ברמות SUMO-1 בדגימות דם היו קשורות ל-PD [117].
לבסוף, נמצא שהריכוז ב-CSF של סך TDP-43 והיחס הכולל tau/pThr181-tau מבדילים חולי ALS/FTD מקבוצת ביקורת בריאים [155]. בטבלה 2, אנו מסכמים החלבונים העיקריים שניתן לנטר בשילוב למטרות אגנוסטיות.
5. ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית הזיהוי
בהתחשב בעלויות הנגישות והאפשרות להפוך אותם לתפוקה גבוהה בקלות, מבחני אימונו, כגון ELISA ואימונובליט, היו הטכניקות הנפוצות ביותר לכימות ריכוזי חלבונים עמילואידוגניים בנוזלי גוף וברקמות.
גישות אחרות נמצאות גם בשימוש, כולל PET, טרשת נפוצה ומיקרוסקופיה, וטכנולוגיות זיהוי חדשות עם רגישות אולטרה מתעוררות. דוגמה חשובה מספקת טרשת נפוצה.
טרשת נפוצה של יינון נימי-איזוטכופורזה שהוקמה לאחרונה - אלקטרוספריי יכולה לזהות ריכוזים פיקומולריים של A [157]. במחקר אחר, ספקטרומטר מסה קליני אוטומטי יכול לזהות וריאנטים שונים ב-CSF בצורה מרובת [158]. ראוי לציין, שתי הגישות היו נטולות נוגדנים ולא דרשו שלב של העשרה חיסונית.
יחס 42/A 40 בCSF יכול להיקבע גם על ידי בדיקת LC-MS/MS עם רגישות קלינית גבוהה [159]. היתרונות של טרשת נפוצה כוללים גודל מדגם קטן, זמן אספקה מהיר, ישימות רחבה ורגישות.
ניתן לבצע ניתוח חלקיקים בודדים של עמילואידים בשיטות מיקרוסקופיות כולל פלואורסצנטיות, כוח אטומי ומיקרוסקופ אלקטרונים. יש לציין כי שיטות מבוססות פלואורסצנטיות מספקות זיהוי אולטרה-רגיש של ספירלי עמילואיד בודדים ומחלות ניווניות של אוליגומרים. יתר על כן, שיטות רזולוציה-על מציעות תובנות לגבי תכונות מבניות והידרופוביות פני השטח [17].
חישת ננופור היא טכניקה לא אופטית אשר הוכחה לאחרונה המאפשרת ניתוח מולקולה בודדת של חלבונים פולימריים וניתן להרחיב אותה לעמילואידים ואוליגומרים [160,161].
בחישה ננופורית, ביומולקולה עוברת דרך אננופור המוטבע בתוך קרום דיאלקטרי דק המפריד בין שני חדרים עם אלקטרוליטים. ניתן לאפיין קונפורמציות ברורות של הביו-מולקולה על ידי מעבר שלה דרך הננופורה על ידי ניתוח השינוי בהולכה היונית של הנקבובית [162,163].
שיטות אחרונות אחרות כוללות מבחני זריעה של עמילואיד, כגון הגברה מחזורית שגויה של חלבון [164], והמרה בזמן אמת (RT-QuIC) [165]. במבחנים אלה, הרכב ומספר העמילואידים בדגימות ביולוגיות נקבעים על ידי יכולתן של דגימות אלו לגרום לצבירה של חלבון מונומרימילואידגני רקומביננטי באמצעות מדידות צבירה מבוססות ThT.
מבחנים אלה הוקמו עבור מספר חלבונים עמילואידוגניים. במיוחד, מבחן RT-QuIC עבור -syn הראה רגישות אבחנתית גבוהה עבור PD ו-DLB [165]. גם טרשת נפוצה וגם טכניקות מיקרוסקופיות דורשות מכשור מתוחכם.
ELISAkits עבור מספר סמנים ביולוגיים כולל A 42, p-tau, total-tau ו-syn זמינות מסחרית. עם זאת, ELISA עשויה להיות אינטנסיבית להתקנה ועם רגישות מוגבלת. פותחו טכניקות ELISA שונות ברגישות גבוהה. לדוגמה, חוקרים מדדו את ריכוז ה-syn הכולל בנוזלי גוף באמצעות שומנים מקובעים [166].
כמו כן, ELISA צורף לטכנולוגיות זיהוי אחרות, כגון אלקטרוכימי-לומינסנציה חדשנית מבוססת לוח [167]. גישה זו השיגה זמן עיבוד מקוצר באופן ניכר, עם דרישות נפח דגימה קטנות יותר ועיבוד סימולטני של סמנים ביולוגיים מרובים [167]. מלבד electrochemiluminescence, ELISA דיגיטלי פותחה גם עם טכנולוגיית מערך מולקולות בודדות (Simoa).
שיטה זו מדווחת כבעלת רגישות מוגברת לזיהוי A 42 בפלזמה האנושית (בטווח pM) [168]. יתרה מכך, בדיקת ניתוח חלוקת עוצמת הקרינה המבוססת על פני השטח (sFIDA) הוקמה הדומה לסנדוויץ' ELISA שבו אוליגומרים A היו מקובעים על משטח זכוכית מתפקד באמצעות נוגדנים, המצולם על ידי מיקרוסקופיה פלואורסצנטית ברזולוציה גבוהה [169].
פלטפורמת Multi-Analyte Profiling (xMAP) בולטת ממגוון רחב של גישות המבוססות על יכולת הריבוי שלה.
ניתן להשיג כימות בו-זמנית של עד 100 דגימות בבדיקה בודדת במבחן חצי אוטומטי. מחקרים הוכיחו כי נתוני xMAP עבור total tau, p-tau, A 40 ו-A 42 מתואמים היטב עם ערכי ELISA מבוססי מחקר עם רגישות וסגוליות גבוהות יותר [170].
תגובת שרשרת אימונו-פולימראז (I-PCR) משתמשת ב-PCR בזמן אמת (הידוע גם ב-PCR asquantitative) כדי לשלב הגברה של חומצות גרעין עם מבחני מבוסס נוגדנים כדי להגביר את הרגישות פי 10 עד 109- של מבחני חיסון קונבנציונליים.
חוקרים כימתו מספר אפיטופים של טאו מזורחן באמצעות I-PCR ב-CSF [171] ופיתחו גישת אננו-I-PCR שהשתמשה בננו-חלקיקי זהב המתפקדים עם נוגדן מונוקלונלי ספציפי לטאו לכימות טאו מוחלט בדגימות CSF [172]. ניתן לכמת את רמת totalA 40 הקיימת בנוירונים מפורקים גם באמצעות I-PCR עם רגישות גבוהה וטווח זיהוי [173].
טכניקה זו מתאימה לנפחי דגימות קטנים, מספקת זמן מהיר עד לתוצאות, ויכולה להיות ניתנת לריבוי. אבחון נקודת טיפול (POC) הוא, ללא ספק, מגמה מתפתחת.
גישה זו מאפשרת לפתח ELISA, Luminex xMAP ו-qPCR קונבנציונליים לכדי התקני POC זולים, ניידים וקלים לשימוש [174]. ELISA מבוסס נייר היא האפשרות הפשוטה ביותר לאבחון POC.
6. מסקנות וכיוונים פוטנציאליים לעתיד
סמנים ביולוגיים של מחלות מייצגים דרישה חיונית לפיתוח גישות אבחון מדויקות. בסקירה זו, דנו כיצד חלבונים עמילואידוגניים מחזיקים בפוטנציאל כסמנים ביולוגיים למחלות נוירודגנרטיביות ותיארנו טכנולוגיות זיהוי להערכת הריכוזים שלהן בגוף (איור 3).
מלבד מוטציות גנטיות, PTMs רבים וקונפורמציות ספציפיות של חלבונים עמילואידוגניים קשורים למחלה ומופיעים כסמנים ביולוגיים פוטנציאליים (טבלאות 1 ו-2). בהקשר זה, ראויים לציון בין כל הקונפורמציות המצטברות הם האוליגומרים, שהם רעילים מאוד ונחשבים כשחקנים מרכזיים בהתפרצות המחלה והתקדמותם.
השימוש בחלבונים עמילואידוגניים כסמנים ביולוגיים מלווה באתגרים. ראשית, מחלות נוירודגנרטיביות חולקות כמה מנגנונים פתולוגיים מרכזיים, כולל יצירת אגרגטים על ידי אותו חלבון עמילואידוגני (למשל, ניתן למצוא משקעי A ו-p-tau בחולים עם DLB) [152].
זה מקשה להבחין בין צורה אחת של ניוון עצבי לאחר על סמך זיהוי של חלבון עמילואידגני ספציפי אחד בלבד. יתר על כן, קשה לגשת לחלבונים עמילואידוגניים בתוך מערכת העצבים המרכזית ולריכוזים שלהם בנוזלי גוף בלתי נגישים יש תנודות ניכרות, במיוחד בשלבים המוקדמים של המחלה.
לדעתנו, אסטרטגיות אבחון מבטיחות שעשויות להתגבר על בעיות אלו הן אלו המבוססות על זיהוי של חלבונים עמילואידוגניים מרובים או תכונות חלבון (סעיף 4.5).
בנוסף, ניתן לנטר חלבונים עמילואידוגניים בשילוב עם סוגים אחרים של סמנים ביולוגיים, כגון מטבוליטים. מחקרים אחרונים הראו שמסלולים מטבוליים מושפעים מניוון עצבי, ופלטפורמות זיהוי פותחו לפרופיל מטבולי [175].
לדוגמה, תהודה מגנטית גרעינית ו-MS הופעלו בהצלחה כדי לקבוע שינויים מטבוליים במערכות התא [176], דגימות מוח שלאחר המוות [177], ו-CSF ממטופלים [178].
גישות משולבות עשויות לכלול גם הערכה נוירופסיכולוגית והדמיה עצבית. יתרה מכך, חלבונים עמילואידוגניים יכולים להתגלות גם באזורים בגוף מלבד מערכת העצבים המרכזית ונוזלי הגוף.
לדוגמה, צורות מצטברות של -syn נמצאו במערכת העיכול של חולי PD [179]. הרלוונטיות האבחנתית של ממצא זה היא כפולה: הוא מראה שניתן לבחון חלקים אחרים בגוף עבור סמנים ביולוגיים פוטנציאליים של ניוון עצבי [180]; זה גם מרמז שחולים עשויים להראות תסמינים/הפרעות שאינם קשורים למצב הנוירו-דגנרטיבי, אך במקום זאת ניתן להשתמש בהם לאבחון מוקדם.
רגישות וסגוליות הן תכונות חשובות של טכנולוגיות זיהוי עבור חלבונים עמילואידוגניים. בסעיפים 4.3 ו-5, תיארנו כמה גישות מבטיחות שנמצאות כעת בפיתוח.
אלה מבוססים על חיישנים ביולוגיים, זיהוי מולקולות בודדות ובדיקות מולקולריות (למשל, נוגדנים). לדעתנו, גישות מבוססות נוגדנים במיוחד טומנות בחובן פוטנציאל גדול שכן הן מאפשרות זיהוי בתערובות מורכבות. יתר על כן, ניתן לפתח נוגדנים למיקוד תכונות חלבון שונות, כולל PTMs וקונפורמציות (למשל, האוליגומרים).
לסיכום, חלבונים עמילואידוגניים מושכים סמנים ביולוגיים פוטנציאליים של ניוון עצבי. הצלחת האבחון שלהם שזורה בפיתוח של אסטרטגיות זיהוי משולבות, הכוללות סוגים אחרים של סמנים ביולוגיים, מערכות איברים וטכנולוגיות רגישות במיוחד.
תרומות מחבר: כתיבה-טיוטה מקורית הכנה, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW,FAA; כתיבה-סקירה ועריכה, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA כל המחברים קראו והסכימו לגרסה שפורסמה של כתב היד.
מימון: אנו מודים למחקר וחדשנות בבריטניה (Future Leaders Fellowship MR/S033947/1), לאגודת האלצהיימר, בריטניה (מענק 511), ול- Alzheimer's Research UK (ARUK-PG2019B-020) על התמיכה.
הצהרת ועדת הביקורת המוסדית: לא רלוונטי.
הצהרת הסכמה מדעת: לא רלוונטי.
תודות: הדמויות נוצרו עם ChemDraw v19.1 ו-Biorender.com (נגישה ב-5 באפריל 2021).
ניגודי אינטרסים: FAA היא ממציאה של פטנט PCT/GB2020/051965.
הפניות
1. גרהם, ME האבטחה של דמנציה: סוציאליות של אבטחת ביחידות טיפול מאובטחות לדמנציה. Aging Soc. 2021, 41,439–455. [CrossRef]
2. אגרוואל, מ.; Biswas, A. אבחון מולקולרי של הפרעות נוירודגנרטיביות. חֲזִית. מול. Biosci. 2015, 2, 54. [CrossRef][PubMed]
3. חוסיין, ר.; זובאיר, ח.; פורסל, ש.; Shahab, M. Neurodegenerative diseases: מנגנונים רגנרטיביים וגישות טיפוליות חדשות. מדע המוח. 2018, 8, 177. [CrossRef] [PubMed]
4. רעול, ש; לוהמן, ה.; וינדל, ח.; דונינג, ט.; Johnen, A. האם הערכה קוגניטיבית יכולה להבחין בשלבים מוקדמים של אלצהיימר וריאנט התנהגותי של דמנציה פרונטומפורלית בהצגה קלינית ראשונית? מחלת אלצהיימר ת'ר. 2017, 9, 61. [CrossRef][PubMed]
5. ואן סטינובן, I.; כואל-סימלינק, MJ; Vergouw, LJ; Tijms, BM; פירסמה, SR; פאם, טלוויזיה; ברידל, ג; פרי, ג.-ל.; Cocco, C.; Noli, B.; et al. זיהוי של מועמדים חדשניים לסמן ביולוגי של נוזל מוחי לדמנציה עם גופי לואי: פרוטאומיקפרוץ. מול. נוירודגנר. 2020, 15, 36. [CrossRef] [PubMed]
6. לי, ב.; Ge, P.; מאריי, KA; שת, פ.; ג'אנג, מ.; נאיר, ג.; Sawaya, MR; שין, WS; בוייר, ד"ר; כן, ש.; et al. Cryo-EM של-synuclein באורך מלא חושף פולימורפים פיברילים עם גרעין מבני משותף. נאט. Commun. 2018, 9, 3609. [CrossRef]
7. Dobson, CM חלבון קיפול וקיפול שגוי. טבע 2003, 426, 884–890. [CrossRef]
8. נואלס, TP; ונדרוסקולו, מ.; Dobson, CM מצב העמילואיד והקשר שלו עם מחלות מתקפל שגוי של חלבון. נאט. Rev.Mol. Cell Biol. 2014, 15, 384–396. [CrossRef] [PubMed]
9. אסטוריקיו, E.; אלפנו, סי; ראג'נדראן, ל. טמוסי, הרשות הפלסטינית; Pastore, A. The Wide World of Coacervates: from the sea to neurodegeneration. טרנדים ביוכימיה. Sci. 2020, 45, 706–717. [CrossRef]
10. בוראטי, ע.; Baralle, FE TDP-43: צמיחת נוירונים באמצעות אינטראקציות חלבון-חלבון וחלבון-RNA. מגמות Biochem.Sci. 2012, 37, 237–247. [CrossRef] [PubMed]
11. ווגלר, TO; Wheeler, JR; Nguyen, ED; יוז, חבר פרלמנט; בריטסון, KA; לסטר, ע.; ראו, ב.; דלא בטא, נ; ויטני, ON; Ewachiw,TE; et al. TDP-43 ו-RNA יוצרים גרגירי מיאו דמוי עמילואיד בשריר מתחדש. טבע 2018, 563, 508–513. [CrossRef]
12. בהרדוואג', א'; מאיירס, MP; בוראטי, ע.; Baralle, FE מאפיין אינטראקציה של TDP-43 עם יעדי ה-RNA שלו. Nucleic Acids Res.2013, 41, 5062–5074. [CrossRef]
13. בוצ'אנטיני, מ.; ריגאצ'י, ש.; Stefani, M. עמילואיד צבירה: תפקידם של ממברנות ביולוגיות ומערכת הצבירה-ממברנה.J. פיזי. Chem. Lett. 2014, 5, 517–527. [CrossRef] [PubMed]
14. חן, SW; דרקוליץ', ש.; דס, ע.; אובראי, מ.; Aprile, FA; ארנץ, ר.; נס, ש; Roodveldt, C.; Guilliams, T.; De-Genst, EJ; et al.אפיון מבני של אוליגומרים רעילים הנלכדים קינטית במהלך היווצרות פיבריל -synuclein. פרוק. נאטל. Acad.Sci. ארה"ב 2015, 112, E1994–E2003. [CrossRef] [PubMed]
15. גוש, ד.; מהרא, ש; סהאי, ש.; סינג, פ"ק; Maji, SK - צבירת סינוקאין והאפנון שלה. Int. ג'יי ביול. מקרומול. 2017,100, 37–54. [CrossRef] [PubMed]
For more information:1950477648nn@gmail.com
