Dementia Proteomics

Tid: Fr 2020-06-12 kl 09.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/j/62560073937, (English)

Ämnesområde: Bioteknologi

Respondent: Julia Remnestål , Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Affinity Proteomics, Nilsson Lab

Opponent: Assoc. Prof, MD., PhD. Pieter Jelle Visser, Karolinska Institutet

Handledare: Professor Peter Nilsson, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Affinity Proteomics; Anna Månberg, Science for Life Laboratory, SciLifeLab

Abstract

Demens är ett samlingsnamn som inbegriper en rad symptom orsakade av skador på hjärnvävnaden, så kallad neurodegeneration. Dessa skador kan uppstå på grund av exempelvis inflammation eller som en följd av rubbningar i molekylära processer i hjärnans celler. Gemensamt för dessa cellulära störningar är att de kan orsaka extracellulär ansamling av svårlösliga proteiner och peptider. Proteiner och andra molekyler som uppkommer under cellulära obalans, kan detekteras i den vätska som omger hjärnan – cerebrospinalvätskan (CSF). Den här avhandlingen innefattar fem studier med syfte att undersöka och profilera proteiner i CSF från individer med demens eller andra neurodegenerativa sjukdomar. Genom att använda en särskild typ av antikroppsarrayer (SBA, suspension bead array) i vilka antikropparna är kovalent bundna till mikroskopiska färg-kodade kulor, kan fler än 350 CSF-proteiner analyseras parallellt i ett och samma prov. Majoriteten av de proteiner som analyserats i denna avhandling definieras som hjärn-specifika då generna som kodar för dem uttrycks i högre grad i hjärnvävnad jämfört med andra vävnader.

Artikel I användes SBA-teknologin för att analysera 280 hjärn-specifika proteiner i CSF från individer med Alzheimers sjukdom (AD), Lewykroppsdemens och Parkinsons sjukdom. Tydliga skillnader i CSF-proteomet kunde identifieras mellan individer beroende på var (lumbalt eller ventrikulärt) och vid vilken tidpunkt (post mortem eller ante mortem) provtagningen skett. För de två proteinerna neuromodulin (GAP43) och neurogranin (NRGN) verifierades tidigare observerade profiler, vilka visat förhöjda proteinnivåer i patienter med AD jämfört med kontrollindivider. Vidare observerades dessa höga proteinnivåer även i prekliniska AD-patienter i två oberoende patientkohorter. För att verifiera de påvisade proteinprofilerna utvecklades i Artikel II ett masspektrometriflöde (PRM, parallel reaction monitoring) för 17 av de analyserade proteinerna, däribland GAP43. Med detta flöde konstaterades starka korrelationer mellan data genererat med SBA-teknologi och PRM för åtta proteiner, bland andra GAP43, cholecystokinin, neurofilament medium (NF-M), leucine-rich alpha-2-glycoprotein och vascular cell adhesion protein 1.

Artikel III användes återigen SBA-teknologin, nu för att jämföra individer med mild kognitiv svikt (MCI), AD och kontrollindivider med avsikten att karaktärisera tidiga demensrelaterade förändringar i CSF-proteomet. Individerna med MCI stratifierades därtill med avseende på nivåer av de etablerade biomarkörena för AD, Aβ42 och tau. Signifikanta skillnader mellan de undersökta grupperna kunde identifieras för de sex proteinerna amphiphysin, aquaporin 4, cAMP regulated phosphoprotein 21, β-synuclein, GAP43 och NF-M. För att ytterligare undersöka hur de patofysiologiska processerna som föregår demenssjukdomar påverkar CSF-proteomet, analyserades även 104 hjärn-specifika proteiner i CSF från asymtomatiska 70-åringar i Artikel IV. Ett stort antal av de analyserade proteinerna visade signifikanta korrelationer med koncentrationerna av AD-biomarkörerna Aβ42, total-tau och phospho-tau. De asymtomatiska individerna delades därefter upp i två grupper utifrån de uppmätta Aβ42 nivåerna och flera proteiner uppvisade signifikant skilda associationer till de tre biomarkörerna. Bland dessa proteiner identifierades två proteingrupper, membranproteiner och proteiner involverade i transport av synaptiska vesiklar.

Artikel V undersöktes CSF-proteomet i relation till frontallobsdemens (FTD), vilken är den vanligast förekommande demensformen hos individer under 65 års ålder. Patienter med beteendevarianten av FTD och primär progressiv afasi jämfördes i denna studie med symptomfria individer som hade hög risk att själva utveckla FTD. Skillnader mellan patienter med FTD och symptomfria individer kunde observeras på en global proteinnivå, och framförallt för de proteinerna NF-M, neurosecretory protein VGF, neuronal pentraxin receptor, prodynorphin, transmembrane protein 132D and tenascin-R.

Om de proteiner som identifierats i denna avhandling kan användas för att förbättra demensdiagnostik och prognostisering, eller för ytterligare karakterisering av demenssjukdomar återstår att se. De observerade proteinprofilerna har emellertid bidragit till att utöka kunskapen om hur CSF-proteomet påverkas i, och under utvecklingen av, våra två vanligaste demenssjukdomar. Denna kunskap kan förhoppningsvis ligga till grund för framtida forskning inom demensproteomik.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-273596