O potencial diagnóstico das proteínas amiloidogênicas, parte 3

4.5. Detecção Combinada

As doenças neurodegenerativas partilham muitos sintomas e mecanismos patológicos. Em particular, podem existir agregados da mesma proteína amiloidogénica em pessoas afetadas por diferentes formas de neurodegeneração [151].

À medida que as pessoas envelhecem, a sua saúde física mostra gradualmente sinais de declínio e envelhecimento. Entre elas, a doença neurodegenerativa é uma doença grave que afeta as funções físicas, o nível de inteligência e a capacidade de memória das pessoas. Porém, não precisamos ficar frustrados e com medo porque existem muitas maneiras de retardar a ocorrência de doenças neurodegenerativas. Ao mesmo tempo, também é muito importante ajustar a nossa mentalidade e manter uma atitude positiva perante a vida. Este artigo explorará a relação entre doenças neurodegenerativas e memória e fornecerá algumas maneiras eficazes de melhorar a memória para que possamos ter uma vida saudável, feliz e plena.

As doenças neurodegenerativas são doenças que envolvem o sistema nervoso, como a doença de Alzheimer, a doença de Parkinson e a doença de Huntington. Essas doenças costumam afetar a memória das pessoas, manifestando-se no esquecimento de coisas recentes, na repetição das mesmas tarefas e na perda gradual do controle dos afazeres diários. Para evitar a ocorrência destes sintomas, precisamos tomar algumas medidas ativas, como:

1. Mantenha uma boa saúde. Uma boa condição física é uma das melhores formas de prevenir doenças neurodegenerativas. Fazer exercícios moderados pode melhorar a função física e manter o suprimento de sangue e oxigênio ao cérebro. Além disso, hábitos alimentares saudáveis ​​também são muito importantes, pois podem fornecer nutrição e energia suficientes para manter o corpo saudável.

2. Exercite ativamente o cérebro. Se quisermos manter a nossa memória, precisamos exercitar o cérebro regularmente. Isto pode incluir aprender coisas novas, jogos e atividades que desafiem as capacidades cognitivas do cérebro, ou mesmo estimular o cérebro através da participação em atividades sociais. Estas atividades podem promover a formação de novas conexões neurais e manter o cérebro flexível e resiliente.

3. Mantenha uma atitude positiva perante a vida. Os factores psicológicos também desempenham um papel fundamental na prevenção a longo prazo de doenças neurodegenerativas. Uma pessoa alegre, positiva e otimista é frequentemente menos afetada por fatores negativos e tem maior probabilidade de manter uma boa saúde física e mental. Uma atitude positiva perante a vida pode promover novas formas de prestar atenção e pensar e ajudar a melhorar a memória.

Em suma, prevenir doenças neurodegenerativas é uma tarefa de longo prazo que requer atenção regular à saúde física e cerebral. Ao manter uma dieta saudável, exercício moderado e uma forma de pensar positiva, podemos aumentar a nossa força e resistência interiores e prevenir eficazmente a ocorrência de doenças neurodegenerativas. Ao mesmo tempo, devemos também manter uma atitude otimista, positiva e feliz e desfrutar de uma vida saudável, feliz e plena. Percebe-se que precisamos melhorar nossa memória, e Cistanche pode melhorar significativamente a memória porque Cistanche também pode regular o equilíbrio dos neurotransmissores, como aumentar os níveis de acetilcolina e fatores de crescimento, que são muito importantes para a memória e o aprendizado. Além disso, a Cistanche deserticola pode melhorar o fluxo sanguíneo e promover o fornecimento de oxigênio, o que pode garantir que o cérebro obtenha nutrição e energia adequadas, melhorando assim a vitalidade e a resistência do cérebro.

Clique em conhecer suplementos para melhorar a memória

Por exemplo, agregados A e p-tau também podem ser encontrados em pacientes com DLB, e agregados -syn em pacientes com DA. A co-ocorrência de A, -syn e tau sugere uma sobreposição entre DA, tauopatias e sinucleinopatias (152).

Os agregados amilóides também podem estar presentes em pessoas que não apresentam quaisquer sintomas de doença [151]. Estas observações levam à conclusão de que, em alguns casos, a monitorização de uma proteína amiloidogénica individual por si só pode não ser suficiente para fornecer um diagnóstico preciso.

Vários estudos avaliaram o desempenho diagnóstico do monitoramento conjunto dos níveis de diferentes proteínas amiloidogênicas (Tabela 2). Por exemplo, a quantificação das concentrações de p-tau181 no LCR, transportando o Thr181 fosforilado, e a razão A 42/A 38 foi capaz de diferenciar a DA de outras doenças neurodegenerativas [66,104].

Um estudo recente realizado em uma coorte de 4.444 participantes ao longo de 14 anos foi capaz de associar os níveis plasmáticos de NFTs e A 42 ao risco de desenvolver DA e demência por todas as causas [153]. Além disso, a análise dos níveis de -syn total e tau total no LCR poderia ajudar na identificação de sinucleinopatias em relação a outras doenças neurodegenerativas (68).

Trabalhos recentes mostraram que a determinação da proporção de -syn oligomérico / -syn total, p- -syn129 e p-tau181 no LCR foi capaz de identificar pacientes com DP a partir de controles (154).

Também foi demonstrado que um aumento na glicação, -syn Tyr 39nitração e pTyr125, e uma diminuição nos níveis de SUMO-1 em amostras de sangue foram associados à DP (117).

Finalmente, descobriu-se que a concentração de TDP total-43 no LCR e a razão tau total/pThr181-tau discriminam pacientes com ELA/DFT de controles saudáveis ​​[155].Na Tabela 2, resumimos as principais proteínas que podem ser monitoradas em combinação para fins de diagnóstico.

5. Avanços recentes na tecnologia de detecção

Dados seus custos acessíveis e a possibilidade de torná-los facilmente de alto rendimento, os imunoensaios, como ELISA e imunoblotting, têm sido as técnicas mais utilizadas para quantificar as concentrações de proteínas amiloidogênicas em fluidos e tecidos corporais.

Outras abordagens também estão em uso, incluindo PET, MS e microscopia, e novas tecnologias de detecção com ultra-sensibilidade estão surgindo. Um exemplo importante é fornecido pela MS.

Uma isotacoforese capilar recentemente estabelecida - MS de ionização por eletrospray poderia detectar concentrações picomolares de A (157). Em outro estudo, um espectrômetro de massa clínico automatizado poderia detectar diferentes variantes A no LCR de maneira multiplex (158). Digno de nota é que ambas as abordagens eram isentas de anticorpos e não necessitavam de uma etapa de enriquecimento imunológico.

As proporções 42/A 40 no LCR também podem ser determinadas pelo ensaio LC-MS/MS com alta sensibilidade clínica [159]. Os benefícios da MS incluem um tamanho de amostra pequeno, tempo de resposta rápido, ampla aplicabilidade e sensibilidade.

A análise de partículas únicas de amilóides pode ser realizada por métodos microscópicos, incluindo fluorescência, força atômica e microscopia eletrônica. Notavelmente, os métodos baseados em fluorescência fornecem detecção ultrassensível de fibrilas amilóides individuais e oligômeros em doenças neurodegenerativas. Além disso, métodos de super-resolução oferecem informações sobre propriedades estruturais e hidrofobicidade superficial [17].

A detecção de nanoporos é uma técnica não óptica que foi recentemente demonstrada para permitir a análise de moléculas únicas de proteínas poliméricas e pode ser estendida a amilóides e oligômeros [160,161].

Na detecção de nanoporos, uma biomolécula é translocada através de um ananoporo embutido em uma fina membrana dielétrica que separa duas câmaras com eletrólitos. Conformações distintas da biomolécula podem ser caracterizadas após sua translocação através do nanoporo pela análise da mudança na condutância iônica do poro [162,163].

Outros métodos recentes incluem ensaios de semeadura de amiloide, como amplificação cíclica de dobramento incorreto de proteínas (164) e conversão induzida por tremor em tempo real (RT-QuIC) (165). Nestes ensaios, a composição e o número de amilóides em amostras biológicas são determinados pela capacidade destas amostras para induzirem a agregação de uma proteína monomericamiloidogénica recombinante utilizando medições de agregação baseadas em ThT.

Estes ensaios foram estabelecidos para várias proteínas amiloidogénicas. Especialmente, o ensaio RT-QuIC para -syn mostrou alta sensibilidade diagnóstica para PD e DLB [165]. Tanto a MS quanto as técnicas microscópicas requerem instrumentação sofisticada.

Kits ELISA para vários biomarcadores, incluindo A 42, p-tau, total-tau e -syn, estão disponíveis comercialmente. No entanto, a configuração do ELISA pode ser trabalhosa e com sensibilidade confinada. Várias técnicas de ELISA de alta sensibilidade foram desenvolvidas. Por exemplo, os pesquisadores mediram a concentração total de -syn em fluidos corporais usando lipídios imobilizados [166].

Além disso, o ELISA foi acoplado a outras tecnologias de detecção, como a nova eletroquimioluminescência baseada em placas [167]. Essa abordagem alcançou um tempo de processamento significativamente reduzido, com requisitos menores de volume de amostra e processamento simultâneo de múltiplos biomarcadores (167). Além da eletroquimioluminescência, o ELISA digital também foi desenvolvido com tecnologia de arranjo molecular único (Simoa).

É relatado que este método tem sensibilidade aumentada para detecção de A 42 no plasma humano (na faixa de pM) (168). Além disso, um ensaio de análise de distribuição de intensidade de fluorescência baseado em superfície (sFIDA) foi estabelecido semelhante a um ELISA sanduíche onde oligômeros A foram imobilizados no superfície de vidro funcionalizada por meio de anticorpos, visualizada por microscopia de fluorescência de alta resolução (169).

A plataforma Multi-Analyte Profiling (xMAP) se destaca em uma ampla gama de abordagens baseadas em sua capacidade de multiplexação.

A quantificação simultânea de até 100 amostras em um único ensaio pode ser alcançada em um ensaio semiautomático. Estudos forneceram que os dados xMAP para tau total, p-tau, A 40 e A 42 se correlacionaram bem com valores ELISA baseados em pesquisas com maior sensibilidade e especificidade (170).

A reação em cadeia da imunopolimerase (I-PCR) utiliza PCR em tempo real (também conhecido como PCR quantitativo) para combinar a amplificação de ácidos nucleicos com ensaios baseados em anticorpos para aumentar a sensibilidade de 10 a 109- vezes dos ensaios imunológicos convencionais.

Os pesquisadores quantificaram vários epítopos de tau fosforilados usando I-PCR no LCR (171) e desenvolveram uma abordagem anano-I-PCR que utilizou nanopartículas de ouro funcionalizadas com um anticorpo monoclonal específico para tau para quantificação total de tau em amostras de LCR (172). O nível de A 40 total presente em neurônios microdissecados também pode ser quantificado usando I-PCR com alta sensibilidade e faixa de detecção (173).

Esta técnica é adequada para pequenos volumes de amostras, fornece resultados rápidos e pode ser passível de multiplexação. O diagnóstico no local de atendimento (POC) é, sem dúvida, uma tendência emergente.

Essa abordagem permite que ELISA convencional, Luminex xMAP e qPCR sejam desenvolvidos em dispositivos POC baratos, portáteis e fáceis de usar (174). O ELISA em papel é a opção mais simples para diagnóstico de POC.

6. Conclusões e possíveis direções futuras

Os biomarcadores de doenças representam um requisito essencial para o desenvolvimento de abordagens diagnósticas precisas. Nesta revisão, discutimos como as proteínas amiloidogênicas têm potencial como biomarcadores para doenças neurodegenerativas e descrevemos tecnologias de detecção para avaliar suas concentrações no corpo (Figura 3).

Além das mutações genéticas, muitos PTMs e conformações específicas de proteínas amiloidogênicas estão associadas à doença e emergindo como potenciais biomarcadores (Tabelas 1 e 2). Nesse contexto, dentre todas as conformações agregadas, destacam-se os oligômeros, que são altamente tóxicos e considerados os principais atores no início e na progressão da doença.

O uso de proteínas amiloidogênicas como biomarcadores apresenta desafios. Em primeiro lugar, as doenças neurodegenerativas partilham alguns mecanismos patológicos importantes, incluindo a formação de agregados pela mesma proteína amiloidogénica (por exemplo, depósitos de A e p-tau podem ser encontrados em doentes com DCL) [152].

Isto torna difícil distinguir uma forma de neurodegeneração de outra com base na detecção apenas de uma proteína amiloidogênica específica. Além disso, as proteínas amiloidogénicas são de difícil acesso no SNC e as suas concentrações em fluidos corporais inacessíveis apresentam flutuações visíveis, particularmente nas fases iniciais da doença.

Em nossa opinião, estratégias diagnósticas promissoras que podem superar esses problemas são aquelas baseadas na detecção de múltiplas proteínas amiloidogênicas ou características proteicas (Seção 4.5).

Além disso, as proteínas amiloidogênicas poderiam ser monitoradas em conjunto com outros tipos de biomarcadores, como metabólitos. Investigações recentes mostraram que as vias metabólicas são afetadas pela neurodegeneração e plataformas de detecção foram desenvolvidas para perfis metabólicos [175].

Por exemplo, a ressonância magnética nuclear e a EM foram empregadas com sucesso para determinar alterações metabólicas em sistemas celulares [176], amostras cerebrais post-mortem [177] e LCR de pacientes [178].

Abordagens combinadas também podem envolver avaliação neuropsicológica e neuroimagem. Além disso, proteínas amiloidogênicas também podem ser detectadas em regiões do corpo além do SNC e de fluidos corporais.

Por exemplo, foram encontradas formas agregadas de -syn no sistema digestivo de pacientes com DP [179]. A relevância diagnóstica deste achado é dupla: mostra que outras partes do corpo podem ser examinadas para potenciais biomarcadores de neurodegeneração [180]; também implica que os pacientes podem apresentar sintomas/distúrbios não relacionados à condição neurodegenerativa, mas que poderiam ser usados ​​para diagnóstico precoce.

Sensibilidade e especificidade são atributos importantes das tecnologias de detecção de proteínas amiloidogênicas. Nas Seções 4.3 e 5, descrevemos diversas abordagens promissoras que estão atualmente em desenvolvimento.

Estes são baseados em biossensores, detecção de molécula única e sondas moleculares (por exemplo, anticorpos). Na nossa opinião, as abordagens baseadas em anticorpos, em particular, apresentam um grande potencial, pois permitem a detecção em misturas complexas. Além disso, os anticorpos podem ser desenvolvidos para atingir diferentes características proteicas, incluindo PTMs e conformações (por exemplo, os oligômeros).

Em conclusão, as proteínas amiloidogênicas são potenciais biomarcadores de neurodegeneração. Seu sucesso diagnóstico está interligado ao desenvolvimento de estratégias combinadas de detecção, envolvendo outros tipos de biomarcadores, sistemas orgânicos e tecnologias ultrassensíveis.

Contribuições dos Autores: Preparação do rascunho original, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW,FAA; redação-revisão e edição, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA Todos os autores leram e concordaram com a versão publicada do manuscrito.

Financiamento: Agradecemos à Pesquisa e Inovação do Reino Unido (Future Leaders Fellowship MR/S033947/1), à Alzheimer's Society, UK (Grant 511) e à Alzheimer's Research UK (ARUK-PG2019B-020) pelo apoio.

Declaração do Conselho de Revisão Institucional: Não aplicável.

Termo de Consentimento Livre e Esclarecido: Não aplicável.

Agradecimentos: As figuras foram criadas com ChemDraw v19.1 e Biorender.com (acessado em 5 de abril de 2021).

Conflitos de interesse: FAA é inventora da patente PCT/GB2020/051965.

Referências

1. Graham, ME A securitização da demência: Socialidades de securitização em unidades seguras de tratamento de demência. Envelhecimento Soc. 2021, 41.439–455. [RefCruz]

2. Agrawal, M.; Biswas, A. Diagnóstico molecular de doenças neurodegenerativas. Frente. Mol. Biosci. 2015, 2, 54. [CrossRef][PubMed]

3. Hussain, R.; Zubair, H.; Pursell, S.; Shahab, M. Doenças neurodegenerativas: Mecanismos regenerativos e novas abordagens terapêuticas. Ciência do Cérebro. 2018, 8, 177. [CrossRef] [PubMed]

4. Reul, S.; Lohmann, H.; Wiendl, H.; Duning, T.; Johnen, A. A avaliação cognitiva pode discriminar os estágios iniciais da doença de Alzheimer e a variante comportamental da demência frontotemporal na apresentação clínica inicial? Alzheimer Res. Lá. 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.; e outros. Identificação de novos candidatos a biomarcadores do líquido cefalorraquidiano para demência com corpos de Lewy: uma abordagem proteômica. Mol. Neurodegenerador. 2020, 15, 36. [CrossRef] [PubMed]

6. Li, B.; Gê, P.; Murray, CA; Sheth, P.; Zhang, M.; Nair, G.; Sawaya, MR; Shin, WS; Boyer, DR; Sim.; e outros. Cryo-EM de -sinucleína de comprimento total revela polimorfos de fibrilas com um núcleo estrutural comum. Nat. Comum. 2018, 9, 3609. [CrossRef]

7. Dobson, CM Dobramento e dobramento incorreto de proteínas. Natureza 2003, 426, 884–890. [RefCruz]

8. Knowles, TP; Vendruscolo, M.; Dobson, CM O estado amilóide e sua associação com doenças de dobramento incorreto de proteínas. Nat. Rev.Mol. Biol celular. 2014, 15, 384–396. [CrossRef] [PubMed]

9. Astoricchio, E.; Alfano, C.; Rajendran, L.; Temussi, PA; Pastore, A. O vasto mundo dos coacervados: do mar à neurodegeneração. Tendências Bioquímica. Ciência. 2020, 45, 706–717. [RefCruz]

10. Buratti, E.; Baralle, FE TDP-43: Colando neurônios por meio de interações proteína-proteína e proteína-RNA. Tendências Biochem.Sci. 2012, 37, 237–247. [CrossRef] [PubMed]

11. Vogler, TO; Wheeler, JR; Nguyen, ED; Hughes, deputado; Britson, KA; Lester, E.; Rao, B.; Dalla Betta, N.; Whitney, ON; Ewachiw, TE; e outros. TDP-43 e RNA formam miogrânulos semelhantes a amilóides na regeneração muscular. Natureza 2018, 563, 508–513. [RefCruz]

12.Bhardwaj, A.; Myers, deputado; Buratti, E.; Baralle, FE Caracterizando a interação do TDP-43 com seus alvos de RNA. Ácidos Nucleicos Res.2013, 41, 5062–5074. [RefCruz]

13.Bucciantini, M.; Rigacci, S.; Stefani, M. Agregação amilóide: Papel das membranas biológicas e do sistema agregado-membrana.J. Física. Química. Vamos. 2014, 5, 517–527. [CrossRef] [PubMed]

14. Chen, SW; Drakulic, S.; Deas, E.; Ouberai, M.; Aprile, FA; Arranz, R.; Ness, S.; Roodveldt, C.; Guilliams, T.; De-Genst, EJ; et al. Caracterização estrutural de oligômeros tóxicos que são cineticamente presos durante a formação de fibrilas de -sinucleína. Processo. Nacional. Acad.Sci. EUA 2015, 112, E1994–E2003. [CrossRef] [PubMed]

15. Ghosh, D.; Mehra, S.; Sahay, S.; Singh, PK; Maji, SK -agregação de sinucleína e sua modulação. Interno. J. Biol. Macromol. 2017,100, 37–54. [CrossRef] [PubMed]

For more information:1950477648nn@gmail.com