Tha dìth bith-chomharran pròtain ann an galar Alzheimer (AD) a tha a’ nochdadh an ioma-fios-eòlas bunaiteach aige, a’ cur bacadh air adhartas breithneachadh agus làimhseachadh. An seo, bidh sinn a’ cleachdadh proteomics coileanta gus bith-chomharran lionn cerebrospinal (CSF) a chomharrachadh a tha a’ riochdachadh raon farsaing de pathophysiology AD. Chomharraich spectrometry mòr-fhillte timcheall air 3,500 agus timcheall air 12,000 pròtanan ann an AD CSF agus an eanchainn, fa leth. Dh’ fhuasgail mion-sgrùdadh lìonra air proteome na h-eanchainn 44 modal bith-iomadachd, le 15 dhiubh sin a’ dol thairis air an proteome fluid cerebrospinal. Tha na comharran CSF AD anns na modalan tar-tharraingeach sin air am pasgadh ann an còig buidhnean pròtain, a’ riochdachadh diofar phròiseasan pathophysiologic. Bidh na synapses agus na metabolites anns an eanchainn AD a’ dol sìos, ach tha an CSF ag àrdachadh, fhad ‘s a tha na buidhnean myelination agus dìonachd glial san eanchainn agus CSF ag àrdachadh. Chaidh cunbhalachd agus sònrachas galair nan atharrachaidhean pannal a dhearbhadh ann an còrr air 500 sampall CSF a bharrachd. Chomharraich na buidhnean sin cuideachd fo-bhuidhnean bith-eòlasach ann an AD asymptomatic. Gu h-iomlan, tha na toraidhean sin nan ceum gealltanach a dh’ ionnsaigh innealan biomarker stèidhichte air an lìon airson tagraidhean clionaigeach ann an AD.
Is e galar Alzheimer (AD) an adhbhar as cumanta airson trom-inntinn neurodegenerative air feadh an t-saoghail agus tha e air a chomharrachadh le raon farsaing de dhuilgheadasan siostam bith-eòlasach, a’ toirt a-steach sgaoileadh synaptic, dìonachd glial-mediated, agus metabolism mitochondrial (1-3). Ach, tha na biomarkers pròtain stèidhichte aca fhathast ag amas air a bhith a’ lorg pròtain amyloid agus tau, agus mar sin chan urrainn dhaibh am pathophysiology eadar-mheasgte seo a nochdadh. Tha na bith-chomharran pròtain “bunaiteach” seo a tha air an tomhas gu h-earbsach ann an lionn cerebrospinal (CSF) a’ toirt a-steach (i) amyloid beta peptide 1-42 (Aβ1-42), a tha a’ nochdadh cruthachadh chlàran amyloid cortical; (ii) tau iomlan, comharra air crìonadh axon; (iii) phospho-tau (p-tau), riochdaire de hyperphosphorylation tau pathological (4-7). Ged a tha na bith-chomharran lionn cerebrospinal seo air ar cuideachadh gu mòr a bhith a’ lorg ghalaran pròtain AD “comharraichte” (4-7), chan eil iad a’ riochdachadh ach pàirt bheag den bhith-eòlas iom-fhillte air cùl a’ ghalair.
Tha dìth iomadachd pathophysiologic de bhith-chomharran AD air leantainn gu mòran dhùbhlain, a’ toirt a-steach (i) neo-chomas iomadachd bith-eòlasach euslaintich AD a chomharrachadh agus a thomhas, (ii) tomhas gu leòr air doimhneachd agus adhartas galair, gu sònraichte anns an ìre ro-chlinigeach, Agus (ii) iii) leasachadh dhrogaichean teirpeach nach do shoirbhich gu tur a h-uile taobh de chrìonadh eanchainn. Tha ar n-earbsa air pathology comharraichte airson cunntas a thoirt air AD bho ghalaran co-cheangailte a-mhàin a’ dèanamh na duilgheadasan sin nas miosa. Tha barrachd is barrachd fianais a’ sealltainn gu bheil barrachd air aon fheart pathological de chrìonadh inntinneil aig a’ mhòr-chuid de sheann daoine le dementia (8). Tha galair falamh, in-ghabhail TDP-43, no galairean degenerative eile aig uimhir ri 90% no barrachd de dhaoine le pathology AD (9). Tha na cuibhreannan àrda sin de thar-tharraing pathological air dragh a chuir air ar frèam sgrùdaidh gnàthach airson trom-inntinn, agus tha feum air mìneachadh pathophysiologic nas coileanta den ghalar.
Leis gu bheil feum èiginneach air measgachadh de bhith-chomharran AD, tha an raon a’ sìor fhàs a’ gabhail ris an dòigh “omics” stèidhichte air an t-siostam iomlan gus biomarkers a lorg. Chaidh an Caidreachas Com-pàirteachas Cungaidh-leigheis Luathaichte (AMP)-AD a chuir air bhog ann an 2014 agus tha e aig fìor thoiseach a’ phrògram. Tha an oidhirp ioma-chuspaireil seo le Institiudan Nàiseanta na Slàinte, an saoghal acadaimigeach, agus gnìomhachas ag amas air ro-innleachdan stèidhichte air siostam a chleachdadh gus pathophysiology AD a mhìneachadh nas fheàrr agus ro-innleachdan sgrùdaidh agus làimhseachadh breithneachail bith-iomadachd a leasachadh (10). Mar phàirt den phròiseact seo, tha proteomics lìonra air a thighinn gu bhith na inneal gealltanach airson adhartachadh bith-chomharran stèidhichte air siostam ann an AD. Bidh an dòigh-obrach neo-chlaonach seo air a stiùireadh le dàta a’ cur air dòigh seataichean dàta proteomics iom-fhillte ann am buidhnean no “modalan” de phròtainean co-shìnte a tha co-cheangailte ri seòrsachan cealla sònraichte, organelles, agus gnìomhan bith-eòlasach (11-13). Chaidh cha mhòr 12 sgrùdadh proteomics lìonra làn fiosrachaidh a dhèanamh air an eanchainn AD (13-23). Gu h-iomlan, tha na mion-sgrùdaidhean sin a ’nochdadh gu bheil proteome lìonra eanchainn AD a’ cumail suas buidheann modular làn-ghlèidhte ann am buidhnean neo-eisimeileach agus grunn roinnean cortical. A bharrachd air an sin, tha cuid de na modalan sin a’ nochdadh atharrachaidhean ath-ghinte ann am pailteas co-cheangailte ri AD thairis air seataichean dàta, a’ nochdadh pathophysiology ioma-ghalaran. Còmhla, tha na co-dhùnaidhean sin a’ nochdadh puing acair gealltanach airson a bhith a’ lorg proteome lìonra eanchainn mar biomarker stèidhichte air siostam ann an AD.
Gus cruth-atharrachadh a dhèanamh air proteome lìonra eanchainn AD gu bhith-chomharran stèidhichte air siostam a tha feumail gu clinigeach, chuir sinn còmhla an lìonra a thàinig bho eanchainn le mion-sgrùdadh proteomic air AD CSF. Mar thoradh air an dòigh-obrach amalaichte seo chaidh còig seataichean gealltanach de bhith-chomharran CSF a chomharrachadh a tha co-cheangailte ri raon farsaing de fhrith-eòlas stèidhichte air eanchainn, a’ toirt a-steach synapses, soithichean fuil, myelination, sèid, agus dysfunction de shlighean metabolach. Dhearbh sinn gu soirbheachail na pannalan bith-chomharran sin tro iomadh mion-sgrùdadh ath-riochdachadh, a’ toirt a-steach còrr air 500 sampall CSF bho ghrunn ghalaran neurodegenerative. Tha na mion-sgrùdaidhean dearbhaidh sin a’ toirt a-steach a bhith a’ sgrùdadh thargaidean buidhne anns an CSF de dh’ euslaintich le AD asymptomatic (AsymAD) no a’ sealltainn fianais air cruinneachadh neo-àbhaisteach amyloid ann an àrainneachd inntinneil àbhaisteach. Bidh na mion-sgrùdaidhean sin a’ soilleireachadh an iomadachd bith-eòlasach cudromach ann an sluagh AsymAD agus a’ comharrachadh comharran pannal a dh’ fhaodadh a bhith comasach air daoine fa-leth a fho-sgrìobhadh anns na h-ìrean as tràithe den ghalar. Gu h-iomlan, tha na toraidhean sin a’ riochdachadh prìomh cheum ann an leasachadh innealan biomarker pròtain stèidhichte air ioma-shiostaman a dh’ fhaodas fuasgladh soirbheachail a dhèanamh air mòran de na dùbhlain clionaigeach a tha mu choinneamh AD.
Is e prìomh adhbhar an sgrùdaidh seo biomarkers fluid cerebrospinal ùra a chomharrachadh a tha a’ nochdadh diofar fhrith-eòlas stèidhichte air eanchainn a tha a ’leantainn gu AD. Tha Figear S1 a’ toirt cunntas air ar dòigh-obrach rannsachaidh, a tha a’ toirt a-steach (i) mion-sgrùdadh coileanta air a stiùireadh le toraidhean tòiseachaidh AD CSF agus proteome eanchainn lìonra gus ioma-chomharran galair CSF co-cheangailte ri eanchainn a chomharrachadh, agus (ii) ath-riochdachadh às deidh sin Tha na bith-chomharran sin ann an grunnan cerebrospinal neo-eisimeileach. co-chomunn lionmhor. Thòisich an rannsachadh stèidhichte air lorg le mion-sgrùdadh air an dòigh eadar-dhealaichte de CSF ann an 20 neach àbhaisteach inntleachdail agus euslaintich 20 AD aig Ionad Sgrùdaidh Galar Emory Goizueta (ADRC). Tha breithneachadh AD air a mhìneachadh mar lagachadh inntinneil mòr ann an làthaireachd Aβ1-42 ìosal agus ìrean àrda de tau agus p-tau iomlan anns an lionn cerebrospinal [Mean-mheasadh Cognitive Montreal (MoCA), 13.8 ± 7.0] [ELISA (ELISA (ELISA). )]] (Clàr S1A). Bha ìrean àbhaisteach de bhith-chomharran CSF aig an smachd (a’ ciallachadh MoCA, 26.7 ± 2.2).
Tha CSF daonna air a chomharrachadh le raon fiùghantach de pailteas pròtain, anns am faod albumin agus pròtanan eile a tha gu math pailt casg a chuir air lorg pròtainean inntinneach (24). Gus doimhneachd lorg pròtain a mheudachadh, thug sinn air falbh a ’chiad 14 de phròtainean a bha gu math pailt bho gach sampall CSF ro mhion-sgrùdadh mòr-speactrometry (MS) (24). Chaidh 39,805 peptides gu h-iomlan a chomharrachadh le MS, a chaidh a mhapadh gu 3691 proteomes ann an 40 sampall. Bithear a’ tomhas pròtain le bileagan ioma-thag mòr tandem (TMT) (18, 25). Gus an dàta a bha a dhìth fhuasgladh, cha tug sinn a-steach ach na pròtanan sin a chaidh a thomhas ann an co-dhiù 50% de na sampallan san sgrùdadh às deidh sin, agus mar sin mu dheireadh a’ tomhas 2875 proteomes. Mar thoradh air an eadar-dhealachadh mòr ann an ìrean pailteas pròtain iomlan, bha sampall smachd air a mheas gu staitistigeil mar outlier (13) agus cha deach a ghabhail a-steach san sgrùdadh às deidh sin. Chaidh luachan pailteas nan 39 sampall a bha air fhàgail atharrachadh a rèir aois, gnè, agus covariance baidse (13-15, 17, 18, 20, 26).
A’ cleachdadh mion-sgrùdadh deuchainn-t staitistigeil gus measadh a dhèanamh air faireachdainn eadar-dhealaichte air an t-seata dàta ais-tharraing, chomharraich am mion-sgrùdadh seo pròtanan aig an robh ìrean pailteas air atharrachadh gu mòr (P <0.05) eadar na cùisean smachd agus AD (Clàr S2A). Mar a chithear ann am Figear 1A, chaidh am pailteas de phròtainean 225 gu h-iomlan ann an AD a lughdachadh gu mòr, agus chaidh am pailteas de phròtainean 303 a mheudachadh gu mòr. Tha na pròtanan sin air an cur an cèill gu eadar-dhealaichte a’ toirt a-steach grunn chomharran AD fluid cerebrospinal a chaidh a chomharrachadh roimhe, leithid pròtain tau co-cheangailte ri microtubule (MAPT; P = 3.52 × 10−8), neurofilament (NEFL; P = 6.56 × 10−3), Protein co-cheangailte ri fàs 43 (GAP43; P = 1.46 × 10−5), Pròtain ceangail searbhag geir 3 (FABP3; P = 2.00 × 10−5), Chitinase 3 mar 1 (CHI3L1; P = 4.44 × 10−6), Neural Granulin (NRGN; P = 3.43 × 10−4) agus factar fàis nerve VGF (VGF; P = 4.83 × 10−3) (4-6). Ach, chomharraich sinn targaidean fìor chudromach eile, leithid GDP dissociation inhibitor 1 (GDI1; P = 1.54 × 10-10) agus ceangal cailcium modular co-cheangailte ri SPARC 1 (SMOC1; P = 6.93 × 10-9). Nochd mion-sgrùdadh Gene Ontology (GO) de 225 pròtanan lùghdaichte gu mòr ceanglaichean dlùth le pròiseasan lionn bodhaig leithid metabolism steroid, coagulation fala, agus gnìomhachd hormona (Figear 1B agus Clàr S2B). An coimeas ri sin, tha am pròtain àrdachadh mòr de 303 ceangailte gu dlùth ri structar cealla agus metabolism lùth.
(A) Tha an cuilbheart bholcàno a’ sealltainn an atharrachadh fillte log2 (x-axis) an coimeas ris an luach P staitistigeil -log10 (y-axis) a fhuair an deuchainn-t, a thathas a’ cleachdadh gus faireachdainn eadar-dhealaichte a lorg eadar an smachd (CT) agus Cùisean AD den proteome CSF De na pròtanan uile. Tha pròtanan le ìrean lùghdaichte gu mòr (P <0.05) ann an AD air an sealltainn ann an gorm, fhad ‘s a tha pròtanan le ìrean àrdachadh mòr ann an galair air an sealltainn ann an dearg. Tha am pròtain taghte air a chomharrachadh. (B) Tha na prìomh theirmean GO co-cheangailte ri pròtain air an lughdachadh gu mòr (gorm) agus air an àrdachadh (dearg) ann an AD. A’ sealltainn na trì teirmean GO leis na z-sgòran as àirde ann an raointean pròiseasan bith-eòlasach, gnìomhan moileciuil, agus co-phàirtean ceallach. (C) Tomhais MS ìre MAPT ann an sampall CSF (clì) agus a cho-cheangal ri sampall ìre ELISA tau (deas). Tha co-èifeachd co-dhàimh Pearson leis an luach P iomchaidh air a thaisbeanadh. Air sgàth dìth dàta ELISA airson aon chùis AD, tha na figearan sin a’ toirt a-steach luachan airson 38 de na 39 cùisean sgrùdaichte. (D) Mion-sgrùdadh brabhsair fo stiùir (P <0.0001, Benjamini-Hochberg (BH) atharraich P <0.01) air an smachd agus lorg AD CSF sampallan a’ cleachdadh na pròtanan 65 a dh’ atharraich gu mòr anns an t-seata dàta. Standardize, gnàthachadh.
Tha an ìre proteomic de MAPT ceangailte gu dlùth ris an ìre ELISA tau air a thomhas gu neo-eisimeileach (r = 0.78, P = 7.8 × 10-9; Figear 1C), a’ toirt taic do dhligheachd ar tomhas MS. Às deidh cnàmhadh trypsin aig ìre pròtain ro-ruithear amyloid (APP), chan urrainnear na peptidean sònraichte isoform a tha air am mapadh gu C-terminus de Aβ1-40 agus Aβ1-42 a ionachadh gu h-èifeachdach (27, 28). Mar sin, chan eil dad aig na peptides APP a dh’ ainmich sinn ri ìrean ELISA Aβ1-42. Gus measadh a dhèanamh air faireachdainn eadar-dhealaichte gach cùis, chleachd sinn pròtanan eadar-dhealaichte le P <0.0001 [ìre lorg meallta (FDR) ceartachadh P <0.01] gus mion-sgrùdadh brabhsair fo stiùir a dhèanamh de na sampallan (Clàr S2A). Mar a chithear ann am Figear 1D, faodaidh na 65 pròtanan fìor chudromach seo sampallan a chruinneachadh gu ceart a rèir staid galair, ach a-mhàin aon chùis AD le feartan coltach ri smachd. De na 65 pròtanan sin, mheudaich 63 ann an AD, agus cha do lughdaich ach dhà (CD74 agus ISLR). Gu h-iomlan, tha na mion-sgrùdaidhean lionn cerebrospinal seo air ceudan de phròtainean a chomharrachadh ann an AD a dh’ fhaodadh a bhith nan biomarkers galair.
An uairsin rinn sinn sgrùdadh lìonra neo-eisimeileach air proteome eanchainn AD. Bha cohort eanchainn an lorg seo a’ toirt a-steach cortex prefrontal dorsolateral (DLPFC) bho smachd (n = 10), galar Pharkinson (PD; n = 10), cùisean measgaichte AD/PD (n = 10) agus AD (n = 10). ) Sampall. Emery Goizueta ADRC. Chaidh cunntas a thoirt air deamografaigs nan 40 cùis sin roimhe (25) agus tha geàrr-chunntas ann an Clàr S1B. Chleachd sinn TMT-MS gus na 40 maothran eanchainn sin a sgrùdadh agus a’ bhuidheann ath-riochdachadh de chùisean 27. Gu h-iomlan, thug an dà sheata dàta eanchainn seo a-mach 227,121 peptides sònraichte, a chaidh a mhapadh gu proteomes 12,943 (25). Cha deach ach na pròtanan sin a chaidh an tomhas ann an co-dhiù 50% de chùisean a ghabhail a-steach ann an sgrùdaidhean às deidh sin. Anns an t-seata dàta lorg mu dheireadh tha 8817 pròtanan àireamhaichte. Atharraich ìrean pailteas pròtain a rèir aois, gnè, agus eadar-ama post-mortem (PMI). Sheall mion-sgrùdadh faireachdainn eadar-dhealaichte air an t-seata dàta às deidh ath-thilleadh gu robh ìrean pròtain> 2000 air an atharrachadh gu mòr [P <0.05, mion-sgrùdadh caochladair (ANOVA)] ann an dà bhuidheann galair no barrachd. An uairsin, rinn sinn mion-sgrùdadh brabhsair fo stiùir stèidhichte air na pròtanan a chaidh an cur an cèill gu eadar-dhealaichte, agus P <0.0001 ann an coimeas AD/smachd agus/no AD/PD (Figear S2, A agus B, Clàr S2C). Tha na 165 pròtanan atharraichte seo gu soilleir a’ nochdadh chùisean le pathology AD bho na sampallan smachd agus PD, a ’dearbhadh na h-atharrachaidhean làidir AD-sònraichte anns an proteome gu lèir.
Chleachd sinn an uairsin algorithm ris an canar Mion-sgrùdadh Lìonra Co-labhairt Gine Cuideam (WGCNA) gus mion-sgrùdadh lìonra a dhèanamh air an proteome eanchainn a chaidh a lorg, a bhios ag eagrachadh an t-seata dàta ann am modalan pròtain le pàtrain faireachdainn coltach ris (11-13). Chomharraich an anailis pròtainean co-shìnte 44 modalan (M), air an òrdachadh agus air an àireamhachadh bhon fheadhainn as motha (M1, n = 1821 pròtanan) chun an fheadhainn as lugha (M44, n = pròtanan 34) (Figear 2A agus Clàr S2D). Mar a chaidh ainmeachadh gu h-àrd (13) Obraich a-mach ìomhaigh abairt riochdachail no pròtain caractar gach modal, agus dèan co-cheangal ri staid galair agus pathology AD, is e sin, stèidhich caidreachas Clàradh Galar Alzheimer (CERAD) agus Sgòr Braak (Figear 2B). Uile gu lèir, bha modalan 17 gu mòr co-cheangailte ri AD neuropathology (P <0.05). Tha mòran de na modalan sin co-cheangailte ri galair cuideachd beairteach ann an comharran sònraichte seòrsa cealla (Figear 2B). Mar a chaidh ainmeachadh gu h-àrd (13), tha beairteas seòrsa cealla air a dhearbhadh le bhith a’ dèanamh anailis air tar-tharraing a’ mhodal agus an liosta iomraidh de ghinean a tha sònraichte do sheòrsa cealla. Tha na ginean sin a’ tighinn bho dhàta foillsichte ann an neurons luchag iomallach, ceallan endothelial agus glial. Deuchainn sreath RNA (RNA-seq) (29).
(A) Faigh a-mach WGCNA de proteome na h-eanchainn. (B) Mion-sgrùdadh meadhan-co-dhàimh dà-thaobhach (BiCor) air a ’phròtain ainm-sgrìobhte modular (a’ chiad phrìomh phàirt de abairt pròtain modular) le feartan neuropathological AD (mullach), a ’toirt a-steach sgòran CERAD (Aβ plac) agus Braak (tau tangles). Tha dian cho-dhàimhean dearbhach (dearg) agus àicheil (gorm) air an sealltainn le mapa teas dà-dath, agus tha rionnagan a’ nochdadh brìgh staitistigeil (P <0.05). Cleachd Deuchainn Dìreach Hypergeometric Fisher (FET) (bonn) gus measadh a dhèanamh air ceangal seòrsa cealla gach modal pròtain. Tha dian an dubhar dearg a’ nochdadh an ìre de shaidhbhreachadh seòrsa cealla, agus tha an rionnag a’ comharrachadh brìgh staitistigeil (P <0.05). Cleachd an dòigh BH gus an luach P a thàinig bhon FET a cheartachadh. (C) Mion-sgrùdadh GO air pròtanan modular. Tha na pròiseasan bith-eòlais as dlùithe air an sealltainn airson gach modal no buidheann modal co-cheangailte. oligo, oligodendrocyte.
Sheall seata de chòig modalan astrocyte agus microglia-bheairteach dlùth-cheangailte (M30, M29, M18, M24, agus M5) co-dhàimh làidir dearbhach le AD neuropathology (Figear 2B). Bidh mion-sgrùdadh ontology a’ ceangal nam modalan glial sin le fàs cealla, iomadachadh, agus dìonachd (Figear 2C agus Clàr S2E). Tha dà mhodal glial a bharrachd, M8 agus M22, cuideachd air an riaghladh gu làidir ann an galair. Tha M8 gu mòr ceangailte ris an t-slighe gabhadair coltach ri Toll, cascade chomharran aig a bheil prìomh phàirt anns an fhreagairt dìonachd dhùthchasach (30). Aig an aon àm, tha dlùth cheangal aig M22 ri atharrachadh iar-eadar-theangachaidh. Tha M2, a tha beairteach ann an oligodendrocytes, a’ nochdadh co-dhàimh làidir dearbhach le pathology AD agus ceangal ontological le synthesis nucleoside agus mac-samhail DNA, a’ nochdadh àrdachadh cealla ann an galairean. Gu h-iomlan, tha na co-dhùnaidhean sin a ’toirt taic do àrdachadh mhodalan glial a chunnaic sinn roimhe seo ann am proteome lìonra AD (13, 17). Thathas an-dràsta a’ faighinn a-mach gu bheil mòran mhodalan glial co-cheangailte ri AD anns an lìonra a’ nochdadh ìrean faireachdainn nas ìsle ann an cùisean smachd agus PD, a’ soilleireachadh an sònrachas galair a tha air àrdachadh ann an AD (Figear S2C).
Chan eil ach ceithir modalan anns an lìonra proteome againn (M1, M3, M10, agus M32) ceangailte gu làidir ri pathology AD (P <0.05) (Figear 2, B agus C). Tha an dà chuid M1 agus M3 beairteach ann an comharran neuronal. Tha M1 gu math co-cheangailte ri comharran synaptic, agus tha dlùth cheangal aig M3 ri gnìomh mitochondrial. Chan eil fianais sam bith ann air beairteas seòrsa cealla airson M10 agus M32. Tha M32 a’ nochdadh a’ cheangail eadar M3 agus metabolism cealla, fhad ‘s a tha M10 gu mòr co-cheangailte ri fàs cealla agus gnìomh microtubule. An coimeas ri AD, tha na ceithir modalan uile air an àrdachadh ann an smachd agus PD, a’ toirt dhaibh atharrachaidhean AD a tha sònraichte do ghalaran (Figear S2C). Gu h-iomlan, tha na toraidhean sin a’ toirt taic don phailteas lùghdaichte de mhodalan làn neuron a chunnaic sinn roimhe seo ann an AD (13, 17). Ann an geàrr-chunntas, thug mion-sgrùdadh lìonra air proteome na h-eanchainn a lorg sinn a-mach modalan a chaidh atharrachadh gu sònraichte le AD a rèir ar co-dhùnaidhean roimhe.
Tha AD air a chomharrachadh le ìre thràth asymptomatic (AsymAD), anns a bheil daoine fa leth a’ taisbeanadh cruinneachadh amyloid às aonais crìonadh inntinneil clionaigeach (5, 31). Tha an ìre asymptomatic seo a’ riochdachadh uinneag èiginneach airson lorg agus eadar-theachd tràth. Tha sinn air sealltainn roimhe seo gleidheadh modular làidir de proteome lìonra eanchainn AsymAD agus AD thairis air seataichean dàta neo-eisimeileach (13, 17). Gus dèanamh cinnteach gu bheil an lìonra eanchainn a lorg sinn an-dràsta co-chòrdail ris na co-dhùnaidhean roimhe seo, rinn sinn mion-sgrùdadh air gleidheadh modalan 44 anns an t-seata dàta ath-aithris bho bhuidhnean 27 DLPFC. Tha na buidhnean sin a’ toirt a-steach cùisean smachd (n = 10), AsymAD (n = 8 ) Agus AD (n = 9). Chaidh sampallan smachd agus AD a thoirt a-steach don mhion-sgrùdadh air ar cohort eanchainn lorg (Clàr S1B), fhad ‘s a bha cùisean AsymAD gun samhail a-mhàin anns a’ bhuidheann ath-riochdachadh. Thàinig na cùisean AsymAD sin cuideachd bho bhanca eanchainn Emory Goizueta ADRC. Ged a bha eòlas-eòlas àbhaisteach aig àm a 'bhàis, bha ìrean amyloid anabarrach àrd (a' ciallachadh CERAD, 2.8 ± 0.5) (Clàr S1B).
Mar thoradh air mion-sgrùdadh TMT-MS de na 27 maothran eanchainn sin chaidh 11,244 proteomes a thomhas. Chan eil an cunntas deireannach seo a’ toirt a-steach ach na pròtanan sin a chaidh an tomhas ann an co-dhiù 50% de na sampallan. Anns an t-seata dàta ath-aithris seo tha 8638 (98.0%) de na pròtanan 8817 a chaidh a lorg nar mion-sgrùdadh eanchainn lorg, agus tha faisg air 3000 air pròtanan atharrachadh gu mòr eadar na buidhnean smachd agus AD (P <0.05, às deidh deuchainn càraid Tukey airson mion-sgrùdadh caochladair) ( Clàr S2F). Am measg nam pròtanan sin a chaidh an cur an cèill gu eadar-dhealaichte, sheall 910 cuideachd atharrachaidhean ìre mòr eadar AD agus cùisean smachd proteome eanchainn (P <0.05, às deidh deuchainn-t càraid ANOVA Tukey). Is fhiach a bhith mothachail gu bheil na comharran 910 seo gu math cunbhalach ann an stiùireadh atharrachaidh eadar proteomes (r = 0.94, P <1.0 × 10-200) (Figear S3A). Am measg nam pròtanan àrdachadh, tha na pròtanan leis na h-atharrachaidhean as cunbhalaiche eadar seataichean dàta gu ìre mhòr nam buill de na modalan M5 agus M18 làn glial (MDK, COL25A1, MAPT, NTN1, SMOC1, agus GFAP). Am measg nam pròtanan lùghdaichte, bha an fheadhainn leis na h-atharrachaidhean as cunbhalaiche cha mhòr a-mhàin nam buill den mhodal M1 (NPTX2, VGF, agus RPH3A) co-cheangailte ris an synapse. Rinn sinn tuilleadh dearbhaidh air na h-atharrachaidhean co-cheangailte ri AD de mheanbh-chuileag (MDK), CD44, pròtain dìomhair co-cheangailte ri frizzled 1 (SFRP1) agus VGF le blotting an iar (Figear S3B). Sheall mion-sgrùdadh gleidheadh modail gu robh timcheall air 80% de na modalan pròtain (34 / 44) ann am proteome eanchainn air an gleidheadh gu mòr anns an t-seata dàta ath-riochdachadh (z-score> 1.96, ceartachadh FDR P <0.05) (Figear S3C). Chaidh ceithir-deug de na modalan sin a ghleidheadh gu sònraichte eadar an dà proteomes (z-score> 10, ceartachadh FDR P <1.0 × 10 -23). Gu h-iomlan, tha lorg agus ath-riochdachadh an ìre àrd de sheasmhachd ann am faireachdainn eadar-dhealaichte agus co-dhèanamh modular eadar proteome na h-eanchainn a’ nochdadh ath-riochdachadh nan atharrachaidhean ann am pròtanan cortex aghaidh AD. A bharrachd air an sin, dhearbh e cuideachd gu bheil structar lìonra eanchainn glè choltach aig AsymAD agus galairean nas adhartaiche.
Tha mion-sgrùdadh nas mionaidiche air an abairt eadar-dhealaichte ann an seata dàta mac-samhail eanchainn a’ soilleireachadh an ìre mhòr de dh’ atharrachaidhean pròtain AsymAD, a’ toirt a-steach 151 gu h-iomlan de phròtainean a tha air atharrachadh gu mòr eadar AsymAD agus an smachd (P <0.05) (Figear S3D). Co-chòrdail ris an luchd amyloid, mheudaich APP ann an eanchainn AsymAD agus AD gu mòr. Chan eil MAPT ag atharrachadh ach gu mòr ann an AD, a tha co-chòrdail ri ìrean nas àirde de tangles agus an co-cheangal aithnichte le crìonadh inntinneil (5, 7). Tha na modalan làn glial (M5 agus M18) air an nochdadh gu mòr anns na pròtanan nas motha ann an AsymAD, agus is e am modal M1 co-cheangailte ri neuron an fheadhainn as riochdaiche de na pròtanan lùghdaichte ann an AsymAD. Tha mòran de na comharran AsymAD sin a’ nochdadh atharrachaidhean nas motha ann an galairean samhlachail. Am measg nan comharran sin tha SMOC1, pròtain glial a bhuineas do M18, a tha co-cheangailte ri tumors eanchainn agus leasachadh sùilean is buill-bodhaig (32). Tha MDK na fheart fàis ceangail heparin co-cheangailte ri fàs cealla agus angiogenesis (33), ball eile de M18. An coimeas ris a’ bhuidheann smachd, mheudaich AsymAD gu mòr, agus an uairsin àrdachadh nas motha ann an AD. An coimeas ri sin, chaidh am pròtain synaptic neuropentraxin 2 (NPTX2) a lughdachadh gu mòr anns an eanchainn AsymAD. Bha NPTX2 roimhe seo co-cheangailte ri neurodegeneration agus tha àite aithnichte aige ann a bhith ag eadar-mheadhanachadh synapses excitatory (34). Gu h-iomlan, tha na toraidhean sin a’ nochdadh grunn atharrachaidhean pròtain preclinical ann an AD a tha coltach gu bheil iad a’ dol air adhart le cho dona sa tha an galar.
Leis gu bheil sinn air doimhneachd mhòr de chòmhdach pròtain a choileanadh ann a bhith a’ lorg proteome na h-eanchainn, tha sinn a’ feuchainn ri barrachd tuigse fhaighinn air mar a tha e a’ dol thairis air an tar-sgrìobhadh AD aig ìre lìonra. Mar sin, rinn sinn coimeas eadar proteome eanchainn a lorg sinn leis a ’mhodal a chruthaich sinn roimhe seo bho thomhas microarray de ghinean 18,204 ann an AD (n = 308) agus smachd (n = 157) clòthan DLPFC (13). a' cur thairis. Gu h-iomlan, chomharraich sinn 20 diofar mhodalan RNA, agus sheall mòran dhiubh sin beairteas seòrsaichean cealla sònraichte, a’ toirt a-steach neurons, oligodendrocytes, astrocytes, agus microglia (Figear 3A). Tha na h-iomadh atharrachaidhean de na modalan sin ann an AD rim faicinn ann am Figear 3B. Co-chòrdail ris an anailis thar-tharraing pròtain-RNA a rinn sinn roimhe a’ cleachdadh proteome MS nas doimhne (timcheall air 3000 pròtain) (13), tha a’ mhòr-chuid de na modalan 44 ann an lìonra proteome eanchainn a lorg sinn anns an lìonra tar-sgrìobhaidh Chan eil tar-tharraing mòr ann. ar lorg agus ath-riochdachadh de na modalan pròtain 34 a tha air an glèidheadh gu mòr ann am proteome na h-eanchainn, cha robh ach 14 (~ 40%) a chaidh seachad air dearbh dheuchainn Fisher (FET) air dearbhadh gu robh tar-tharraing cudromach gu staitistigeil aca leis an transcriptome (Figear 3A). Co-chòrdail ri càradh milleadh DNA (P-M25 agus P-M19), eadar-theangachadh pròtain (P-M7 agus P-M20), ceangal / splicing RNA (P-M16 agus P-M21) agus cuimseachadh pròtain (P-M13 agus P- M23) a’ dol thairis air modalan san tar-sgrìobhadh. Mar sin, ged a tha seata dàta proteome nas doimhne air a chleachdadh anns an anailis thar-tharraing gnàthach (13), chan eil a’ mhòr-chuid de proteome lìonra AD air a mhapadh chun lìonra transcriptome.
(A) Tha Hypergeometric FET a’ sealltainn beairteas comharran sònraichte cealla ann am modal RNA an transcriptome AD (mullach) agus an ìre de thar-tharraing eadar na modalan RNA (x-axis) agus pròtain (y-axis) den eanchainn AD. (bonn). Tha dian an dubhar dearg a’ nochdadh an ìre de bheairteas de sheòrsan cealla anns a’ phannal gu h-àrd agus cho dian sa tha na modalan anns a’ phannal ìosal. Tha rionnagan a’ comharrachadh brìgh staitistigeil (P <0.05). (B) An ìre co-dhàimh eadar ginean caractar gach modal tar-sgrìobhaidh agus inbhe AD. Is e na modalan air an taobh chlì an fheadhainn as àicheil co-cheangailte ri AD (gorm), agus tha an fheadhainn air an làimh dheis nas co-cheangailte ri AD (dearg). Tha an luach P ceartaichte BH air a thionndadh le log a’ nochdadh ìre cudromachd staitistigeil gach co-dhàimh. (C) Modalan tar-tharraingeach mòr le beairteas seòrsa cealla co-roinnte. (D) Mion-sgrùdadh co-dhàimh air an atharrachadh fillte log2 den phròtain leubail (x-axis) agus RNA (y-axis) anns a’ mhodal tar-tharraingeach. Tha co-èifeachd co-dhàimh Pearson leis an luach P iomchaidh air a thaisbeanadh. Micro, microglia; cuirp celestial, astrocytes. CT, smachd.
Bidh a’ mhòr-chuid de mhodalan pròtain agus RNA a tha a’ dol thairis air a’ co-roinn pròifilean beairteachaidh seòrsa cealla agus stiùiridhean atharrachaidh cunbhalach AD (Figear 3, B agus C). Ann am faclan eile, tha am modal M1 co-cheangailte ri synapse de proteome eanchainn (PM 1) air a mhapadh gu trì modalan RNA homologous beairteach neuronal (R-M1, R-M9 agus R-M16), a tha ann an AD Sheall an dà chuid. ìre nas ìsle. Mar an ceudna, tha na modalan pròtain glial-bheairteach M5 agus M18 a 'dol thairis air le modalan RNA a tha beairteach ann an astrocytes agus comharran microglial (R-M3, R-M7, agus R-M10) agus tha iad gu mòr an sàs ann an galaran àrdachadh. Tha na feartan modular co-roinnte seo eadar an dà sheata dàta a’ toirt tuilleadh taic do shaidhbhreachadh seòrsa cealla agus atharrachaidhean co-cheangailte ri galair a chunnaic sinn ann am proteome na h-eanchainn. Ach, chunnaic sinn mòran eadar-dhealachaidhean mòra eadar an RNA agus ìrean pròtain comharran fa leth anns na modalan co-roinnte sin. Tha mion-sgrùdadh co-dhàimh air faireachdainn eadar-dhealaichte proteomics agus tar-sgrìobhadh nam moileciuilean taobh a-staigh nam modalan tar-cheangailte sin (Figear 3D) a’ soilleireachadh an neo-chunbhalachd seo. Mar eisimpleir, sheall APP agus grunn phròtainean modal glial eile (NTN1, MDK, COL25A1, ICAM1, agus SFRP1) àrdachadh mòr ann am proteome AD, ach cha mhòr nach robh atharrachadh sam bith ann an transcriptome AD. Dh’ fhaodadh na h-atharrachaidhean sin a tha sònraichte do phròtain a bhith ceangailte gu dlùth ri clàran amyloid (23, 35), a’ soilleireachadh an proteome mar thùs atharrachaidhean pathological, agus is dòcha nach bi na h-atharrachaidhean sin air an nochdadh anns an transcriptome.
Às deidh dhuinn mion-sgrùdadh neo-eisimeileach a dhèanamh air na proteomes eanchainn agus CSF a lorg sinn, rinn sinn mion-sgrùdadh coileanta air an dà sheata dàta gus bith-chomharran AD CSF a chomharrachadh co-cheangailte ri pathophysiology lìonra eanchainn. Feumaidh sinn an toiseach mìneachadh a dhèanamh air tar-tharraing an dà proteomes. Ged a thathar a 'gabhail ris gu farsaing gu bheil CSF a' nochdadh atharrachaidhean neurochemical anns an eanchainn AD (4), chan eil an dearbh ìre de thar-tharraing eadar an eanchainn AD agus an proteome CSF soilleir. Le bhith a’ dèanamh coimeas eadar an àireamh de thoraidhean gine co-roinnte a chaidh a lorg anns an dà proteomes againn, lorg sinn gu robh faisg air 70% (n = 1936) de na pròtanan a chaidh an comharrachadh anns an lionn cerebrospinal cuideachd air an tomhas san eanchainn (Figear 4A). Tha a’ mhòr-chuid de na pròtanan tar-tharraingeach sin (n = 1721) air am mapadh gu aon de mhodalan co-labhairt 44 bhon t-seata dàta eanchainn lorg (Figear 4B). Mar a bhiodh dùil, sheall na sia modalan eanchainn as motha (M1 gu M6) an ìre as motha de thar-tharraing CSF. Ach, tha modalan eanchainn nas lugha (mar eisimpleir, M15 agus M29) a choileanas ìre gun dùil àrd de thar-tharraing, nas motha na modal eanchainn dà uair na mheud. Tha seo gar brosnachadh gu bhith a’ cleachdadh dòigh nas mionaidiche, air a stiùireadh le staitistig, gus obrachadh a-mach an tar-tharraing eadar an eanchainn agus lionn cerebrospinal.
(A agus B) Tha na pròtanan a lorgar anns an eanchainn lorg agus seataichean dàta CSF a’ dol thairis air. Tha a’ mhòr-chuid de na pròtanan thar-tharraingeach sin co-cheangailte ri aon de na 44 modalan co-fhaireachdainn de lìonra co-fhaireachdainn eanchainn. (C) Faigh a-mach an tar-tharraing eadar an proteome fluid cerebrospinal agus proteome lìonra eanchainn. Tha gach sreath den mhapa teas a’ riochdachadh mion-sgrùdadh tar-tharraing air leth den FET hypergeometric. Tha an t-sreath gu h-àrd a’ sealltainn an tar-tharraing (sgàineadh liath/dubh) eadar modal na h-eanchainn agus am proteome CSF gu lèir. Tha an dàrna loidhne a’ sealltainn gu bheil an tar-tharraing eadar modalan eanchainn agus pròtain CSF (air a dhath ann an dearg) air àrdachadh gu mòr ann an AD (P <0.05). Tha an treas sreath a’ sealltainn gu bheil an tar-tharraing eadar modalan eanchainn agus pròtain CSF (sgàineadh gorm) air a riaghladh sìos gu mòr ann an AD (P <0.05). Cleachd an dòigh BH gus an luach P a thàinig bhon FET a cheartachadh. (D) Pannal modal fillte stèidhichte air ceangal seòrsa cealla agus teirmean GO co-cheangailte. Anns na pannalan sin tha 271 pròtanan co-cheangailte ri eanchainn, aig a bheil faireachdainn eadar-dhealaichte brìoghmhor ann am proteome CSF.
A’ cleachdadh FETan aon-earbaill, rinn sinn measadh air cho cudromach sa bha tar-tharraing pròtain eadar proteome CSF agus modalan eanchainn fa leth. Nochd an anailis gu bheil tar-chuiridhean cudromach gu staitistigeil aig modalan eanchainn 14 gu h-iomlan ann an seata dàta CSF (P <0.05 air atharrachadh le FDR), agus modal a bharrachd (M18) aig a bheil tar-tharraing faisg air cudromachd (FDR air atharrachadh P = 0.06) (Figear 4C). , sreath àrd). Tha ùidh againn cuideachd ann am modalan a tha a’ dol thairis air gu làidir le pròtanan CSF a tha air an cur an cèill gu eadar-dhealaichte. Mar sin, chuir sinn dà sgrùdadh FET a bharrachd an sàs gus faighinn a-mach dè am fear de (i) pròtain CSF a chaidh àrdachadh gu mòr ann an AD agus (ii) chaidh pròtain CSF sìos gu mòr ann an AD (P <0.05, deuchainn t paidhir AD / smachd) Modalan eanchainn le tar-tharraing brìoghmhor eatorra. Mar a chithear ann an sreathan meadhan is bonn Figear 4C, tha na mion-sgrùdaidhean a bharrachd seo a’ sealltainn gu bheil 8 de na modalan eanchainn 44 gu mòr a’ dol thairis air a’ phròtain a chaidh a chur ris ann an AD CSF (M12, M1, M2, M18, M5, M44, M33, agus M38). . ), fhad ‘s nach robh ach dà mhodal (M6 agus M15) a’ nochdadh tar-tharraing brìoghmhor leis a ’phròtain lùghdaichte ann an AD CSF. Mar a bhiodh dùil, tha na 10 modalan uile anns na modalan 15 leis an tar-tharraing as àirde le proteome CSF. Mar sin, tha sinn a’ gabhail ris gu bheil na 15 modalan sin nan stòran toraidh àrd de bhith-chomharran CSF a thig bho eanchainn AD.
Phaisg sinn na modalan tar-tharraingeach 15 sin ann an còig panalan pròtain mòra stèidhichte air cho faisg ‘s a tha iad ann an diagram craoibhe WGCNA agus an ceangal a th’ aca ri seòrsaichean cealla agus ontology gine (Figear 4D). Anns a’ chiad phannal tha modalan làn de chomharran neuron agus pròtanan co-cheangailte ri synapse (M1 agus M12). Anns a ’phannal synaptic tha 94 pròtanan gu h-iomlan, agus tha na h-ìrean anns an proteome CSF air atharrachadh gu mòr, ga fhàgail mar an stòr as motha de chomharran CSF co-cheangailte ri eanchainn am measg nan còig pannalan. Sheall an dàrna buidheann (M6 agus M15) an ceangal dlùth le comharran cealla endothelial agus bodhaig falamh, leithid “slànachadh lotan” (M6) agus “riaghladh freagairt dìonachd humoral” (M15). Tha M15 cuideachd gu mòr co-cheangailte ri metabolism lipoprotein, a tha dlùth cheangailte ri endothelium (36). Tha 34 comharran CSF co-cheangailte ris an eanchainn anns a’ phannal falamhrach. Tha an treas buidheann a 'toirt a-steach modalan (M2 agus M4) a tha gu mòr co-cheangailte ri comharran oligodendrocyte agus iomadachadh cealla. Mar eisimpleir, tha teirmean ontology àrd-ìre M2 a’ toirt a-steach “riaghladh adhartach air mac-samhail DNA” agus “pròiseas biosynthesis purine”. Aig an aon àm, tha an fheadhainn aig an M4 a’ toirt a-steach “eadar-dhealachadh cealla glial” agus “sgaradh chromosome”. Anns a’ phannal myelination tha 49 comharran CSF co-cheangailte ris an eanchainn.
Anns a 'cheathramh buidheann tha a' mhòr-chuid de mhodalan (M30, M29, M18, M24, agus M5), agus tha cha mhòr a h-uile modal gu math beairteach ann am microglia agus comharran astrocyte. Coltach ris a 'phannal myelination, tha modalan (M30, M29, agus M18) anns a' cheathramh pannal cuideachd a tha dlùth cheangailte ri iomadachadh cealla. Tha na modalan eile sa bhuidheann seo gu mòr co-cheangailte ri teirmean imdhon-eòlais, leithid “pròiseas buaidh dìonachd” (M5) agus “riaghladh freagairt dìonachd” (M24). Anns a’ bhuidheann dìon glial tha 42 comharran CSF co-cheangailte ris an eanchainn. Mu dheireadh, tha am pannal mu dheireadh a 'toirt a-steach comharran co-cheangailte ri eanchainn 52 air na ceithir modalan (M44, M3, M33, agus M38), a tha uile air a' bhodhaig co-cheangailte ri stòradh lùth agus metabolism. Tha am fear as motha de na modalan sin (M3) ceangailte gu dlùth ri mitochondria agus tha e beairteach ann an comharran neuron-sònraichte. Tha M38 mar aon de na buill modal as lugha anns a’ mheatabolome seo agus tha e cuideachd a ’nochdadh sònrachas meadhanach neuron.
Gu h-iomlan, tha na còig pannalan sin a’ nochdadh raon farsaing de sheòrsan cealla agus gnìomhan anns an cortex AD, agus còmhla tha 271 comharran CSF co-cheangailte ri eanchainn (Clàr S2G). Gus measadh a dhèanamh air èifeachd nan toraidhean MS seo, chleachd sinn am measadh leudachaidh faisg air làimh (PEA), teicneòlas stèidhichte air antibody orthogonal le comasan ioma-fhillte, àrd cugallachd agus sònrachas, agus rinn sinn ath-sgrùdadh air na sampallan fluid cerebrospinal a lorg sinn Fo-sheata de na 271 biomarkers sin. (n = 36). Tha na targaidean 36 seo a’ nochdadh an atharrachaidh anns an iomad AD de PEA, a tha gu dlùth cheangailte ris na co-dhùnaidhean againn stèidhichte air MS (r = 0.87, P = 5.6 × 10-12), A dhearbh gu làidir toraidhean ar mion-sgrùdadh coileanta MS (Figear S4). ).
Tha na cuspairean bith-eòlasach air an do chuir na còig buidhnean againn cuideam, bho chomharran synaptic gu metabolism lùth, uile co-cheangailte ri pathogenesis AD (1-3). Mar sin, tha a h-uile modal 15 anns a bheil na pannalan sin co-cheangailte ri pathology AD ann am proteome eanchainn a lorg sinn (Figear 2B). Is e an rud as sònraichte an co-dhàimh adhartach adhartach eadar na modalan glial againn agus an dàimh làidir pathological àicheil eadar na modalan neuronal as motha againn (M1 agus M3). Tha mion-sgrùdadh faireachdainn eadar-dhealaichte den proteome eanchainn ath-chruthaichte againn (Figear S3D) cuideachd a’ soilleireachadh pròtanan glial a thig bho M5 agus M18. Ann an AsymAD agus symptomatic AD, na pròtanan glial as motha agus synapses co-cheangailte ri M1 Tha am pròtain air a lughdachadh as motha. Tha na beachdan sin a’ nochdadh gu bheil na comharran lionn cerebrospinal 271 a dh’ ainmich sinn anns na còig buidhnean co-cheangailte ri pròiseasan galair anns an cortex AD, a’ toirt a-steach an fheadhainn a tha a’ nochdadh anns na tràth ìrean asymptomatic.
Gus sgrùdadh nas fheàrr a dhèanamh air stiùir atharrachaidh nam pròtanan pannal san eanchainn agus lionn cnàimh-droma, tharraing sinn na leanas airson gach aon de na modalan tar-tharraingeach 15: (i) lorg sinn ìre pailteas modal ann an seata dàta eanchainn agus (ii) am modal pròtain Tha an eadar-dhealachadh air a chuir an cèill anns an lionn cerebrospinal (Figear S5). Mar a chaidh a ràdh na bu tràithe, tha WGCNA air a chleachdadh gus pailteas modal no luach pròtain sònraichte san eanchainn a dhearbhadh (13). Tha am mapa bholcàno air a chleachdadh gus cunntas a thoirt air an dòigh eadar-dhealaichte de phròtainean modular anns an lionn cerebrospinal (AD/smachd). Tha na figearan seo a’ sealltainn gu bheil trì de na còig pannalan a’ nochdadh diofar ghluasadan faireachdainn san eanchainn agus lionn cnàimh-droma. Tha an dà mhodal den phannal synapse (M1 agus M12) a 'sealltainn lùghdachadh anns an ìre pailteas anns an eanchainn AD, ach gu mòr a' dol thairis air a 'phròtain nas motha anns an AD CSF (Figear S5A). Sheall na modalan co-cheangailte ri neuron anns an robh am metabolome (M3 agus M38) pàtrain faireachdainn eanchainn eanchainn agus cerebrospinal neo-chunbhalach (Figear S5E). Sheall am pannal falamh cuideachd gluasadan faireachdainn eadar-dhealaichte, ged a bha na modalan aige (M6 agus M15) air an àrdachadh gu meadhanach anns an eanchainn AD agus air an lughdachadh anns an CSF le galair (Figear S5B). Tha lìonraidhean mòra glial anns an dà phannal a tha air fhàgail agus tha na pròtanan aca air an riaghladh gu cunbhalach anns an dà roinn (Figear S5, C agus D).
Thoir an aire nach eil na gluasadan sin cumanta don h-uile comharraiche anns na pannalan sin. Mar eisimpleir, tha am pannal synaptic a 'toirt a-steach grunn phròtainean a tha air an lughdachadh gu mòr anns an eanchainn AD agus CSF (Figear S5A). Am measg nan comharran lionn cerebrospinal sìos-riaghlaidh tha NPTX2 agus VGF de M1, agus chromogranin B de M12. Ach, a dh’ aindeoin na h-eisgeadan sin, tha a’ mhòr-chuid de na comharran synaptic againn air an àrdachadh ann an lionn cnàimh AD. Gu h-iomlan, bha na mion-sgrùdaidhean sin comasach air gluasadan a bha cudromach gu staitistigeil a chomharrachadh ann an ìrean lionn eanchainn agus cerebrospinal anns gach aon de na còig pannalan againn. Tha na gluasadan sin a’ soilleireachadh an dàimh iom-fhillte agus gu tric eadar-dhealaichte eadar abairt pròtain eanchainn agus CSF ann an AD.
An uairsin, chleachd sinn mion-sgrùdadh mac-samhail MS àrd-thràth (samhlachadh CSF 1) gus an t-seata bith-chomharran 271 againn a chaolachadh gu na targaidean as gealltanach agus as ath-riochdachadh (Figear 5A). Ann an leth-bhreac CSF 1 tha 96 sampall gu h-iomlan bho Emory Goizueta ADRC, a’ toirt a-steach smachd, AsymAD, agus cohort AD (Clàr S1A). Tha na cùisean AD sin air an comharrachadh le crìonadh inntinneil meadhanach (meanbh MoCA, 20.0 ± 3.8), agus atharrachaidhean ann am bith-chomharran AD air an dearbhadh ann an lionn cerebrospinal (Clàr S1A). A dh’ aindeoin mion-sgrùdadh CSF a lorg sinn, tha an ath-riochdachadh seo air a dhèanamh le bhith a’ cleachdadh dòigh MS “aon-dhealbh” nas èifeachdaiche agus le toradh àrd (às aonais bloigh far-loidhne), a’ toirt a-steach protocol ullachaidh sampall nas sìmplidhe a chuireas às don fheum air dìonachd shampall fa leth. . An àite sin, thathas a’ cleachdadh aon “sianal adhartachaidh” le lughdachadh dìonachd gus an comharra de phròtainean nach eil cho pailt (37) a mheudachadh. Ged a lughdaicheas e an còmhdach proteome iomlan, tha an dòigh aon-dhealbh seo gu mòr a’ lughdachadh ùine inneal agus ag àrdachadh an àireamh de shamhlaichean le bileagan TMT a ghabhas sgrùdadh ion-dhèanta (17, 38). Gu h-iomlan, chomharraich an anailis 6,487 peptides, a mhapadh gu 1,183 proteomes ann an 96 cùis. Coltach ris an anailis CSF a lorg sinn, cha deach ach na pròtanan sin a chaidh an tomhas ann an co-dhiù 50% de na sampallan a thoirt a-steach don àireamhachadh às deidh sin, agus chaidh an dàta a thoirt air ais airson buaidh aois is gnè. Mar thoradh air an seo chaidh àireamhachadh deireannach de 792 proteomes, agus chaidh 95% dhiubh sin a chomharrachadh cuideachd anns an t-seata dàta CSF a chaidh a lorg.
(A) Targaidean pròtain CSF co-cheangailte ri eanchainn air an dearbhadh anns a’ chiad bhuidheann CSF ath-leasaichte agus air an toirt a-steach don phannal mu dheireadh (n = 60). (B gu E) Ìrean biomarker pannal (z-sgòran measgaichte) air an tomhas anns na ceithir buidhnean mac-samhail CSF. Chaidh deuchainnean-t càraideach no ANOVA le iar-cheartachadh Tukey a chleachdadh gus measadh a dhèanamh air cudromachd staitistigeil nan atharrachaidhean ann am pailteas anns gach ath-sgrùdadh. CT, smachd.
Leis gu bheil ùidh shònraichte againn ann a bhith a’ dearbhadh ar 271 targaidean CSF co-cheangailte ri eanchainn tro mhion-sgrùdadh coileanta, cuiridh sinn casg air tuilleadh sgrùdaidh air a’ phròteome ath-riochdachadh seo gu na comharran sin. Am measg nam pròtanan 271 sin, chaidh 100 a lorg ann an ath-riochdachadh CSF 1. Tha Figear S6A a’ sealltainn an dòigh eadar-dhealaichte de na comharran tar-tharraingeach 100 sin eadar na sampallan smachd agus mac-samhail AD. Bidh histones synaptic agus metabolite ag àrdachadh as motha ann an AD, agus bidh pròtanan falamh a’ lughdachadh as motha ann an galair. Chùm a’ mhòr-chuid de na comharran tar-tharraingeach 100 (n = 70) an aon stiùireadh atharrachaidh anns an dà sheata dàta (Figear S6B). Tha na comharran CSF dearbhte 70 seo co-cheangailte ri eanchainn (Clàr S2H) gu ìre mhòr a’ nochdadh na gluasadan faireachdainn pannal a chaidh fhaicinn roimhe, is e sin, riaghladh sìos pròtanan falamh agus ath-riaghladh a h-uile pannal eile. Cha do sheall ach 10 de na 70 pròtanan dearbhte sin atharrachaidhean ann am pailteas AD a bha a’ dol an-aghaidh na gluasadan panail sin. Gus pannal a ghineadh a tha a’ nochdadh gluasad iomlan na h-eanchainn agus lionn cerebrospinal, chuir sinn a-mach na 10 pròtanan sin bhon phannal ùidh a dhearbh sinn mu dheireadh (Figear 5A). Mar sin, tha am pannal againn aig a’ cheann thall a ’toirt a-steach pròtainean 60 gu h-iomlan air an dearbhadh ann an dà bhuidheann neo-eisimeileach CSF AD a’ cleachdadh ullachadh sampall eadar-dhealaichte agus mion-sgrùdadh àrd-ùrlar MS. Dhaingnich na plotaichean abairt z-sgòr de na pannalan deireannach sin ann an smachd leth-bhreac CSF 1 agus cùisean AD an gluasad pannal a chaidh fhaicinn anns a’ bhuidheann CSF a lorg sinn (Figear 5B).
Am measg nam pròtanan 60 sin, tha moileciuilean a tha aithnichte gu bheil iad co-cheangailte ri AD, leithid osteopontin (SPP1), a tha na cytokine pro-inflammatory a tha air a bhith co-cheangailte ri AD ann an iomadh sgrùdadh (39-41), agus GAP43, pròtain synaptic. tha sin gu soilleir ceangailte ri neurodegeneration (42). Tha na pròtanan as làn-dhearbhte nan comharran co-cheangailte ri galairean neurodegenerative eile, leithid sglerosis taobhach amyotrophic (ALS) superoxide dismutase 1 (SOD1) co-cheangailte ri galar Pharkinson agus desaccharase co-cheangailte ri galar Pharkinson (PARK7). Tha sinn cuideachd air dearbhadh gu bheil mòran de chomharran eile, leithid SMOC1 agus pròtain comharran ceangail membran làn eanchainn 1 (BASP1), air ceanglaichean a chuingealachadh roimhe seo ri neurodegeneration. Is fhiach a thoirt fa-near, mar thoradh air cho ìosal sa tha iad gu h-iomlan ann am proteome CSF, gu bheil e duilich dhuinn an dòigh lorgaidh aon-dhealbh àrd seo a chleachdadh gus MAPT agus pròtanan sònraichte eile co-cheangailte ri AD a lorg gu h-earbsach (mar eisimpleir, NEFL agus NRGN )(43, 44).
Rinn sinn sgrùdadh an uairsin air na comharran pannal prìomhachais 60 sin ann an trì mion-sgrùdaidhean mac-samhail a bharrachd. Ann an CSF Copy 2, chleachd sinn aon TMT-MS gus sgrùdadh a dhèanamh air buidheann neo-eisimeileach de smachd 297 agus sampallan AD bho Emory Goizueta ADRC (17). Bha mac-samhail CSF 3 a’ toirt a-steach ath-sgrùdadh air dàta TMT-MS a bha ri fhaighinn bho smachd 120 agus euslaintich AD bho Lausanne, an Eilbheis (45). Lorg sinn còrr air dà thrian de na comharran prìomhachais 60 anns gach stòr-dàta. Ged a chleachd sgrùdadh na h-Eilbheis diofar àrd-ùrlaran MS agus dòighean àireamhachaidh TMT (45, 46), rinn sinn ath-riochdachadh gu làidir air na gluasadan panail againn ann an dà sgrùdadh ath-aithris (Figear 5, C agus D, agus Clàran S2, I, agus J). Gus measadh a dhèanamh air sònrachas galair na buidhne againn, chleachd sinn TMT-MS gus an ceathramh seata dàta ath-riochdachadh (CSF ath-riochdachadh 4) a sgrùdadh, a bha a’ toirt a-steach chan e a-mhàin cùisean smachd (n = 18) agus AD (n = 17), ach cuideachd cùisean PD ( n = 14)), sampallan ALS (n = 18) agus dementia frontotemporal (FTD) (n = 11) (Clàr S1A). Shoirbhich leinn le tomhas faisg air dà thrian de na pròtanan pannal anns a’ bhuidheann seo (38 a-mach à 60). Tha na toraidhean sin a’ soilleireachadh na h-atharrachaidhean a tha sònraichte do AD anns na còig pannalan bith-chomharran (Figear 5E agus Clàr S2K). Sheall an àrdachadh anns a’ bhuidheann metabolite an sònrachas AD as làidire, agus an uairsin am buidheann myelination agus glial. Gu ìre nas lugha, tha FTD cuideachd a 'sealltainn àrdachadh eadar na pannalan sin, a dh' fhaodadh a bhith a 'nochdadh atharrachaidhean lìonra coltach ris (17). An coimeas ri sin, sheall ALS agus PD cha mhòr na h-aon phròifil myelination, glial, agus metabolome ris a’ bhuidheann smachd. Gu h-iomlan, a dh’ aindeoin eadar-dhealachaidhean ann an ullachadh sampall, àrd-ùrlar MS, agus dòighean àireamhachaidh TMT, tha na mion-sgrùdaidhean sin a’ nochdadh gu bheil atharrachaidhean fìor chunbhalach aig na comharran pannal prìomhachais againn a tha sònraichte do AD ann an còrr air 500 sampall CSF sònraichte.
Tha AD neurodegeneration air aithneachadh gu farsaing grunn bhliadhnaichean mus do thòisich comharran inntinneil, agus mar sin tha feum èiginneach air bith-chomharran AsymAD (5, 31). Ach, tha barrachd is barrachd fianais a’ sealltainn gu bheil bith-eòlas AsymAD fada bho bhith aon-ghnèitheach, agus tha an eadar-obrachadh iom-fhillte de chunnart agus fulangas a’ leantainn gu eadar-dhealachaidhean mòra fa leth ann an adhartas galair às deidh sin (47). Ged a thèid a chleachdadh gus cùisean AsymAD a chomharrachadh, chan eil na h-ìrean de bhith-chomharran bunaiteach CSF (Aβ1-42, tau iomlan agus p-tau) air dearbhadh gu bheil iad comasach air ro-innse gu h-earbsach cò a thèid air adhart gu trom-inntinn (4, 7), a’ nochdadh barrachd a dh’ fhaodadh a bhith. riatanach a bhith a’ toirt a-steach innealan biomarker coileanta stèidhichte air grunn thaobhan de eòlas-inntinn eanchainn gus cunnart an t-sluaigh seo a sheòrsachadh gu ceart. Mar sin, rinn sinn mion-sgrùdadh air ar pannal bith-chomharran dearbhte le AD ann an sluagh AsymAD de leth-bhreac CSF 1. Sheall na cùisean 31 AsymAD seo ìrean biomarker bunaiteach neo-àbhaisteach (Aβ1-42 / co-mheas iomlan tau ELISA, <5.5) agus eòlas iomlan (meanbh MoCA, 27.1). ± 2.2) (Clàr S1A). A bharrachd air an sin, tha sgòr dementia clionaigeach de 0 aig a h-uile neach le AsymAD, a’ nochdadh nach eil fianais sam bith ann gu bheil crìonadh ann an coileanadh inntinneil no gnìomh làitheil.
Rinn sinn mion-sgrùdadh an toiseach air ìrean nam pannalan dearbhte anns a h-uile mac-samhail de 96 CSF 1, a’ gabhail a-steach cohort AsymAD. Fhuair sinn a-mach gu robh atharrachaidhean mòra ann am pailteas coltach ri AD aig grunn phannalan anns a’ bhuidheann AsymAD, sheall am panal falamhra gluasad sìos ann an AsymAD, agus sheall a h-uile pannal eile gluasad suas (Figear 6A). Mar sin, sheall a h-uile pannal co-dhàimh fìor chudromach le ELISA Aβ1-42 agus ìrean iomlan tau (Figear 6B). An coimeas ri sin, tha an co-dhàimh eadar a’ bhuidheann agus an sgòr MoCA gu math ìosal. Is e aon de na co-dhùnaidhean as iongantaiche bho na mion-sgrùdaidhean sin an raon mòr de pailteas pannal ann an cohort AsymAD. Mar a chithear ann am Figear 6A, mar as trice bidh ìre pannal na buidhne AsymAD a 'dol thairis air ìre pannal na buidhne smachd agus a' bhuidheann AD, a 'sealltainn caochlaideachd coimeasach àrd. Gus tuilleadh sgrùdaidh a dhèanamh air an ioma-ghnèitheachd seo de AsymAD, chuir sinn mion-sgrùdadh Sgèile Ioma-thaobhach (MDS) an sàs ann an cùisean mac-samhail 96 CSF 1. Tha mion-sgrùdadh MDS a’ leigeil le bhith a’ faicinn an coltas a tha eadar cùisean stèidhichte air caochladairean sònraichte san t-seata dàta. Airson an anailis cnuasachaidh seo, cha bhith sinn a’ cleachdadh ach na comharran pannal dearbhte sin aig a bheil atharrachadh a tha cudromach gu staitistigeil (P <0.05, AD/smachd) ann an lorg CSF agus ath-riochdachadh 1 proteome (n = 29) (Clàr S2L). Thug an anailis seo a-mach cruinneachadh farsaingeachd soilleir eadar ar cùisean smachd agus AD (Figear 6C). An coimeas ri sin, tha cuid de chùisean AsymAD air an cruinneachadh gu soilleir anns a’ bhuidheann smachd, agus cuid eile ann an cùisean AD. Gus tuilleadh sgrùdaidh a dhèanamh air an ioma-ghnèitheachd AsymAD seo, chleachd sinn ar mapa MDS gus dà bhuidheann de na cùisean AsymAD sin a mhìneachadh. Anns a ’chiad bhuidheann bha cùisean AsymAD air an cruinneachadh nas fhaisge air an smachd (n = 19), agus bha an dàrna buidheann air a chomharrachadh le cùisean AsymAD le ìomhaigh comharra nas fhaisge air AD (n = 12).
(A) An ìre faireachdainn (z-sgòr) den bhuidheann bith-chomharran CSF anns a h-uile sampall 96 ann an ath-riochdachadh CSF 1 cohort, a’ toirt a-steach AsymAD. Chaidh mion-sgrùdadh air caochlaidhean le iar-cheartachadh Tukey a chleachdadh gus measadh a dhèanamh air cudromachd staitistigeil atharrachaidhean pailteas pannal. (B) Mion-sgrùdadh co-dhàimh air ìre pailteas pròtain pannal (z-sgòr) le sgòr MoCA agus ìre tau iomlan ann an sampallan leth-bhreac ELISA Aβ1-42 agus CSF 1. Tha co-èifeachd co-dhàimh Pearson leis an luach P iomchaidh air a thaisbeanadh. (C) Bha an MDS de chùisean leth-bhreac 96 CSF 1 stèidhichte air na h-ìrean pailteas de 29 comharran pannal dearbhte, a chaidh atharrachadh gu mòr an dà chuid anns na seataichean dàta lorg agus leth-bhreac CSF 1 [P <0.05 AD / smachd (CT)]. Chaidh am mion-sgrùdadh seo a chleachdadh gus am buidheann AsymAD a roinn ann am fo-bhuidhnean smachd (n = 19) agus AD (n = 12). (D) Tha an cuilbheart bholcàno a’ sealltainn an abairt eadar-dhealaichte de phròtainean mac-samhail 1 CSF le atharrachadh fillte log2 (x-axis) an coimeas ri luach P staitistigeil -log10 eadar an dà fho-bhuidheann AsymAD. Tha dath air na biomarkers pannal. (E) Ath-riochdachadh CSF 1 ìre pailteas den bhuidheann taghaidh bith-chomharran air an cur an cèill gu eadar-dhealaichte eadar fo-bhuidhnean AsymAD. Chaidh mion-sgrùdadh iar-atharraichte Tukey air caochlaideachd a chleachdadh gus cudromachd staitistigeil a mheasadh.
Rinn sinn sgrùdadh air an abairt pròtain eadar-dhealaichte eadar na cùisean smachd sin agus AsymAD coltach ri AD (Figear 6D agus Clàr S2L). Tha am mapa bholcàno a thàinig às a sin a’ sealltainn gu bheil comharran pannal 14 air atharrachadh gu mòr eadar an dà bhuidheann. Tha a’ mhòr-chuid de na comharran sin nam buill den synapse agus metabolome. Ach, buinidh SOD1 agus substrate pròtain kinase C beairteach alanine myristoylated (MARCKS), a tha nam buill de na buidhnean dìon myelin agus glial, fa leth, don bhuidheann seo (Figear 6, D agus E). Chuir am panal falamh cuideachd dà chomharra a chaidh a lughdachadh gu mòr anns a’ bhuidheann AsymAD coltach ri AD, a’ toirt a-steach pròtain ceangail AE 1 (AEBP1) agus a’ cur ri ball teaghlaich C9. Cha robh eadar-dhealachadh mòr sam bith eadar na fo-bhuidhnean smachd agus AsymAD coltach ri AD ann an ELISA AB1-42 (P = 0.38) agus p-tau (P = 0.28), ach gu dearbh bha eadar-dhealachadh mòr anns an ìre iomlan tau (P = 0.0031). ) (Fig. S7). Tha grunn chomharran pannal ann a tha a’ nochdadh gu bheil na h-atharrachaidhean eadar an dà fho-bhuidheann AsymAD nas cudromaiche na na h-ìrean tau iomlan (mar eisimpleir, YWHAZ, SOD1, agus MDH1) (Figear 6E). Gu h-iomlan, tha na co-dhùnaidhean sin a’ nochdadh gum faodadh biomarkers a bhith anns a’ phannal dearbhte againn a dh’ fhaodas fo-sgrìobhadh agus sreathadh cunnairt a dh’fhaodadh a bhith aig euslaintich le galar asymptomatic.
Tha cruaidh fheum air innealan biomarker stèidhichte air siostam gus na diofar pathophysiology air cùl AD a thomhas agus a chuimseachadh nas fheàrr. Thathas an dùil nach e a-mhàin gun atharraich na h-innealan sin ar frèam breithneachaidh AD, ach gum brosnaich iad cuideachd gabhail ri ro-innleachdan làimhseachaidh èifeachdach, sònraichte airson euslaintich (1, 2). Chun na crìche seo, chuir sinn an sàs dòigh-obrach proteomics coileanta neo-phàirteach a thaobh AD eanchainn agus CSF gus bith-chomharran CSF stèidhichte air an lìon a chomharrachadh a tha a’ nochdadh raon farsaing de pathophysiology stèidhichte air eanchainn. Thug ar mion-sgrùdadh a-mach còig panalan bith-chomharran CSF, a tha (i) a’ nochdadh synapses, soithichean-fala, myelin, eas-òrdugh dìonachd agus metabolic; (ii) a’ nochdadh ath-riochdachadh làidir air diofar àrd-ùrlaran MS; (iii) Seall atharraichean adhartach a thaobh galair tro ìrean tràth is anmoch AD. Gu h-iomlan, tha na co-dhùnaidhean sin a’ riochdachadh ceum gealltanach a dh’ ionnsaigh leasachadh innealan biomarker eadar-mheasgte, earbsach, stèidhichte air an lìon airson rannsachadh AD agus tagraidhean clionaigeach.
Tha na co-dhùnaidhean againn a’ nochdadh eagrachadh fìor ghlèidhte proteome lìonra eanchainn AD agus a’ toirt taic dha cleachdadh mar acair airson leasachadh biomarker stèidhichte air siostam. Tha ar mion-sgrùdadh a’ sealltainn gu bheil modularity làidir aig dà sheata-dàta TMT-MS neo-eisimeileach anns a bheil eanchainn AD agus AsymAD. Tha na co-dhùnaidhean sin a’ leudachadh ar n-obair a rinn sinn roimhe, a’ taisbeanadh gleidheadh na modalan cumhachdach de chòrr air 2,000 inneal eanchainn bho ioma-bhuidheann neo-eisimeileach anns an cortex aghaidh, parietal, agus temporal (17). Tha an lìonra co-aontachd seo a’ nochdadh diofar atharrachaidhean co-cheangailte ri galair a chaidh fhaicinn ann an rannsachadh gnàthach, a’ toirt a-steach àrdachadh mhodalan sèid làn glial agus lughdachadh mhodalan làn neuron. Coltach ri rannsachadh gnàthach, tha an lìonra mòr seo cuideachd a ’nochdadh atharrachaidhean modular cudromach ann an AsymAD, a’ sealltainn measgachadh de eòlas-eòlas preclinical eadar-dhealaichte (17).
Ach, taobh a-staigh an fhrèam fìor ghleidheil seo a tha stèidhichte air siostam, tha barrachd ioma-ghnèitheachd bith-eòlasach ann, gu sònraichte am measg dhaoine fa leth anns na tràth ìrean de AD. Tha ar pannal biomarker comasach air dà fho-bhuidheann a dhealbhadh ann an AsymAD, a tha a’ nochdadh an dòigh eadar-dhealaichte a tha aig ioma-chomharran CSF. B’ urrainn don bhuidheann againn na h-eadar-dhealachaidhean bith-eòlasach eadar an dà fho-bhuidheann sin a shoilleireachadh, nach robh follaiseach aig ìre prìomh bhith-chomharran AD. An coimeas ris a’ bhuidheann smachd, bha na co-mheasan Aβ1-42/tau iomlan de na daoine AsymAD sin anabarrach ìosal. Ach, cha robh ach na h-ìrean tau iomlan gu math eadar-dhealaichte eadar an dà fho-bhuidheann AsymAD, fhad ‘s a bha ìrean Aβ1-42 agus p-tau fhathast an ìre mhath coimeasach. Leis gu bheil coltas gu bheil tau àrd CSF na ro-innse nas fheàrr air comharran inntinneil na ìrean Aβ1-42 (7), tha sinn an amharas gum faodadh cunnartan eadar-dhealaichte a bhith aig an dà bhuidheann AsymAD a thaobh adhartas galair. Leis cho beag de shampall meud an AsymAD againn agus dìth dàta fad-ùine, tha feum air tuilleadh rannsachaidh gus na co-dhùnaidhean sin a tharraing gu misneachail. Ach, tha na co-dhùnaidhean sin a’ nochdadh gum faod pannal CSF stèidhichte air siostam cur ris a’ chomas againn daoine fa leth a shàrachadh gu h-èifeachdach aig ìre asymptomatic a’ ghalair.
Gu h-iomlan, tha na co-dhùnaidhean againn a’ toirt taic do dhreuchd ioma-ghnìomh bith-eòlasach ann am pathogenesis AD. Ach, thàinig metabolism lùth neo-riaghlaichte gu bhith na phrìomh chuspair anns na còig pannalan bileagan dearbhte againn. Is e pròtanan metabolach, leithid hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase 1 (HPRT1) agus lactate dehydrogenase A (LDHA), na bith-chomharran synaptic as làidire a tha air an dearbhadh, a’ nochdadh gu bheil an àrdachadh ann an AD CSF na ghnè a ghabhas ath-riochdachadh gu mòr. Tha grunn chomharran anns na soithichean fala agus na panalan glial againn a tha an sàs ann am metabolism stuthan oxidative. Tha na co-dhùnaidhean sin co-chòrdail ris a’ phrìomh àite a tha aig pròiseasan metabolach anns an eanchainn gu lèir, chan ann a-mhàin gus coinneachadh ri iarrtas lùth àrd neurons, ach cuideachd gus coinneachadh ri iarrtas lùth àrd astrocytes agus ceallan glial eile (17, 48). Tha na co-dhùnaidhean againn a’ toirt taic do dh’fhianais a tha a’ sìor fhàs gum faodadh atharrachaidhean ann an comas redox agus briseadh air slighean lùtha a bhith mar phrìomh cheangal eadar grunn phrìomh phròiseasan a tha an sàs ann am pathogenesis AD, a’ toirt a-steach eas-òrdughan mitochondrial, sèid glial-mediated, agus milleadh vascùrach (49). A bharrachd air an sin, tha àireamh mhòr de phròtainean eadar-dhealaichte eadar ar smachd agus fo-bhuidhnean AsymAD coltach ri AD anns na bith-chomharran meitabileach cerebrospinal, a’ moladh gum faodadh aimhreit nan slighean lùtha is redox sin a bhith deatamach ann an ìre ro-chlinigeach a’ ghalair.
Tha buaidh inntinneach bith-eòlasach aig na diofar ghluasadan pannal eanchainn is cerebrospinal a chunnaic sinn cuideachd. Tha synapses agus metabolomes a tha beairteach ann an neurons a’ nochdadh ìrean lùghdaichte san eanchainn AD agus barrachd pailteas ann an lionn cerebrospinal. Leis gu bheil neurons beairteach ann am mitochondria a tha a ’dèanamh lùth aig synapses gus lùth a thoirt seachad airson na grunn chomharran sònraichte aca (50), tha dùil ri coltas ìomhaighean faireachdainn an dà bhuidheann neuron sin. Faodaidh call neurons agus às-tharraing cheallan millte na gluasadan pannal eanchainn agus CSF sin ann an galair nas fhaide air adhart a mhìneachadh, ach chan urrainn dhaibh mìneachadh a dhèanamh air na h-atharrachaidhean pannal tràth a chì sinn (13). Is e aon mhìneachadh a dh’ fhaodadh a bhith ann airson na co-dhùnaidhean sin ann an galair asymptomatic tràth bearradh synaptic neo-àbhaisteach. Tha fianais ùr ann am modalan luchag a’ nochdadh gum faodadh phagocytosis synaptic le meadhan microglia a bhith air a ghnìomhachadh gu neo-àbhaisteach ann an AD agus leantainn gu call synapse tràth san eanchainn (51). Is dòcha gun cruinnich an stuth synaptic seo a chaidh a thilgeil ann an CSF, agus is e sin as coireach gu bheil sinn a’ faicinn àrdachadh ann an CSF anns a ’phannal neuron. Faodaidh tilgeadh synaptic le meadhan dìonachd cuideachd mìneachadh gu ìre air an àrdachadh ann am pròtanan glial a chì sinn san eanchainn agus lionn cerebrospinal tron phròiseas galair. A bharrachd air pruning synaptic, faodaidh ana-cainnt iomlan anns an t-slighe exocytic leantainn gu diofar abairtean eanchainn agus CSF de chomharran neuronal. Tha grunn sgrùdaidhean air sealltainn gu bheil susbaint exosomes ann am pathogenesis eanchainn AD air atharrachadh (52). Tha an t-slighe extracellular cuideachd an sàs ann an iomadachadh Aβ (53, 54). Is fhiach a bhith mothachail gum faodadh cuir às do secretion exosomal pathology coltach ri AD a lughdachadh ann am modalan luchag transgenic AD (55).
Aig an aon àm, sheall am pròtain anns a 'phannal vascùrach àrdachadh meadhanach anns an eanchainn AD, ach lùghdaich e gu mòr anns an CSF. Faodaidh mì-ghnàthachadh cnap-starra fuil-eanchainn (BBB) na co-dhùnaidhean sin a mhìneachadh gu ìre. Tha mòran de sgrùdaidhean daonna postmortem neo-eisimeileach air briseadh sìos BBB a nochdadh ann an AD (56, 57). Dhaingnich na sgrùdaidhean sin grunn ghnìomhan neo-àbhaisteach timcheall air an t-sreath teann seo de cheallan endothelial, a’ toirt a-steach aodion capillary eanchainn agus cruinneachadh perivascular de phròtainean air an giùlan le fuil (57). Faodaidh seo mìneachadh sìmplidh a thoirt seachad airson na pròtanan vascùrach àrdaichte san eanchainn, ach chan urrainn dha làn mhìneachadh a dhèanamh air ìsleachadh nan aon phròtainean sin anns an lionn cerebrospinal. Is e aon chothrom gu bheil an siostam nearbhach meadhanach gu gnìomhach a’ dealachadh nam moileciuil sin gus fuasgladh fhaighinn air an duilgheadas a thaobh barrachd sèid agus cuideam oxidative. Tha an lùghdachadh ann an cuid de na pròtanan CSF as dorra anns a’ phanal seo, gu h-àraidh an fheadhainn a tha an sàs ann an riaghladh lipoprotein, co-cheangailte ri casg air ìrean cronail de shèid agus pròiseas neuroprotective de ghnèithean ocsaidean reactive. Tha seo fìor airson Paroxonase 1 (PON1), einnsein ceangail lipoprotein le uallach airson ìrean cuideam oxidative a lughdachadh ann an cuairteachadh (58, 59). Tha ro-ruithear Alpha-1-microglobulin / bikunin (AMBP) na chomharradh eile a tha gu math ìosal air a riaghladh den bhuidheann vascùrach. Tha e na ro-ruithear air bikunin còmhdhail lipid, a tha cuideachd an sàs ann an casg sèid agus Dìon eanchainn (60, 61).
A dh’ aindeoin diofar bharailean inntinneach, tha an neo-chomas air uidheamachdan galair bith-cheimiceach a lorg gu dìreach na chuingealachadh aithnichte air mion-sgrùdadh proteomics air a stiùireadh le lorg. Mar sin, tha feum air tuilleadh rannsachaidh gus na h-innealan air cùl nam pannalan biomarker sin a mhìneachadh le misneachd. Gus gluasad a dh’ ionnsaigh leasachadh mion-sgrùdadh clionaigeach stèidhichte air MS, tha an t-slighe san àm ri teachd cuideachd ag iarraidh gun tèid dòighean cainneachdail cuimsichte a chleachdadh airson dearbhadh biomarker air sgèile mhòr, leithid sgrùdadh ath-bhualadh roghnach no co-shìnte (62). Chleachd sinn o chionn ghoirid sgrùdadh ath-bhualadh co-shìnte (63) gus mòran de na h-atharrachaidhean pròtain CSF a tha air am mìneachadh an seo a dhearbhadh. Tha grunn thargaidean pannal prìomhachais air an tomhas le fìor chruinneas, a’ gabhail a-steach YWHAZ, ALDOA, agus SMOC1, a bhios a’ mapadh gu ar pannalan synapse, metabolism, agus sèid, fa leth (63). Faodaidh Togail Dàta Neo-eisimeileach (DIA) agus ro-innleachdan eile stèidhichte air MS a bhith feumail cuideachd airson dearbhadh targaidean. Bud et al. (64) Chaidh a dhearbhadh o chionn ghoirid gu bheil tar-lùbadh mòr eadar na biomarkers AD a chaidh an comharrachadh anns an t-seata dàta lorg CSF againn agus an seata dàta neo-eisimeileach DIA-MS, anns a bheil faisg air 200 sampall CSF bho thrì buidhnean Eòrpach eadar-dhealaichte. Tha na sgrùdaidhean o chionn ghoirid seo a’ toirt taic do chomas ar pannalan atharrachadh gu lorg earbsach stèidhichte air MS. Tha lorg traidiseanta stèidhichte air antibody agus aptamer cuideachd cudromach airson tuilleadh leasachaidh air prìomh bhith-chomharran AD. Mar thoradh air cho ìosal sa tha CSF, tha e nas duilghe na bith-chomharran sin a lorg a’ cleachdadh modhan MS àrd-thoradh. Tha NEFL agus NRGN nan dà eisimpleir den leithid de bhith-chomharran CSF le pailteas ìosal, a tha air am mapadh don phannal nar mion-sgrùdadh coileanta, ach nach gabh an lorg gu earbsach a’ cleachdadh ar ro-innleachd MS singilte. Faodaidh ro-innleachdan targaid stèidhichte air ioma-antibodies, leithid PEA, cruth-atharrachadh clionaigeach nan comharran sin adhartachadh.
Gu h-iomlan, tha an sgrùdadh seo a’ toirt seachad dòigh-obrach proteomics gun samhail airson comharrachadh agus dearbhadh bith-chomharran CSF AD stèidhichte air diofar shiostaman. Le bhith a’ dèanamh an fheum as fheàrr de na pannalan comharrachaidh sin thairis air buidhnean AD a bharrachd agus àrd-ùrlaran MS dh’ fhaodadh sin a bhith gealltanach gun tèid sreathadh agus làimhseachadh cunnart AD adhartachadh. Tha sgrùdaidhean a bhios a’ measadh ìre fad-ùine nam pannalan sin thar ùine deatamach cuideachd gus faighinn a-mach dè am measgachadh de chomharran as fheàrr a tha a’ comharrachadh cunnart galair tràth agus atharrachaidhean ann an cho dona sa tha galair.
A bharrachd air na 3 sampaill air an lethbhreacadh le CSF, chaidh a h-uile sampall CSF a chaidh a chleachdadh san sgrùdadh seo a chruinneachadh fo sgèith Emory ADRC no ionadan rannsachaidh dlùth-cheangailte. Chaidh ceithir seataichean de shamhlaichean Emory CSF gu h-iomlan a chleachdadh anns na sgrùdaidhean proteomics sin. Chaidh a lorg gu robh sampallan anns a’ bhuidheann CSF bho 20 smachd fallain agus euslaintich 20 AD. Tha leth-bhreac CSF 1 a’ toirt a-steach sampallan bho 32 smachd fallain, 31 neach AsymAD, agus 33 daoine AD. Ann an leth-bhreac CSF 2 tha 147 smachdan agus 150 sampall AD. Anns a ’bhuidheann ath-riochdachadh CSF ioma-ghalar 4 bha smachdan 18, 17 AD, 19 ALS, 13 PD, agus sampaill 11 FTD. A rèir an aonta a chaidh aontachadh le Bòrd Lèirmheas Institiùd Oilthigh Emory, fhuair a h-uile com-pàirtiche ann an sgrùdadh Emory cead fiosraichte. A rèir an Institiud Nàiseanta airson Stiùireadh Cleachdadh as Fheàrr airson Ionadan Alzheimer 2014 (https://alz.washington.edu/BiospecimenTaskForce.html), chaidh lionn cerebrospinal a chruinneachadh agus a stòradh le puncture lumbar. Fhuair euslaintich smachd agus AsymAD agus AD measadh inntinneil àbhaisteach aig Clionaig Cognitive Neurology Emory no Goizueta ADRC. Chaidh na sampallan lionn cerebrospinal aca a dhearbhadh le INNO-BIA AlzBio3 Luminex airson ELISA Aβ1-42, mion-sgrùdadh iomlan tau agus p-tau (65 ). Thathas a’ cleachdadh luachan ELISA gus taic a thoirt do sheòrsachadh breithneachaidh de chuspairean stèidhichte air slatan-tomhais gearraidh biomarker AD stèidhichte (66, 67). Gheibhear dàta deamografach is breithneachaidh bunaiteach airson breithneachadh CSF eile (FTD, ALS, agus PD) bho Emory ADRC no ionadan rannsachaidh ceangailte. Gheibhear meata-dàta geàrr-chunntas nan cùisean Emory CSF seo ann an Clàr S1A. Chaidh feartan cohort mac-samhail 3 na h-Eilbheis CSF fhoillseachadh roimhe seo (45).
Lorg CSF an sampall. Gus doimhneachd an lorg againn air an t-seata dàta CSF a mheudachadh, chaidh caitheamh dìonachd de phròtainean làn pailteas a dhèanamh mus deach trypsinization a dhèanamh. Ann an ùine ghoirid, chaidh 130 μl de CSF bho 40 sampall CSF fa leth agus tomhas-lìonaidh co-ionann (130 μl) de Resin Ìsleachadh Pròtain Àrd-thaghadh Top14 (Thermo Fisher Scientific, A36372) a chuir ann an colbh snìomh (Thermo Fisher Scientific, A89868) aig an t-seòmar. Teòthachd Incubate). An dèidh snìomh airson 15 mionaidean, centrifuge an sampall aig 1000g airson 2 mionaid. Chaidh inneal sìoltachain ultracentrifugal 3K (Millipore, UFC500396) a chleachdadh gus an sampall eisidh a chuimseachadh le bhith a’ centrifuging aig 14,000g airson 30 mionaidean. Lùghdaich a h-uile meud sampall gu 75 μl le saline buffered fosfáit. Chaidh an ìre pròtain a mheasadh leis an dòigh searbhag bicinchoninic (BCA) a rèir protocol an neach-dèanamh (Thermo Fisher Scientific). Chaidh an CSF immunodepleted (60 μl) bho na 40 sampallan gu lèir a chnàmh le lysyl endopeptidase (LysC) agus trypsin. Ann an ùine ghoirid, chaidh an sampall a lughdachadh agus alkylated le 1.2 μl 0.5 M tris-2 (-carboxyethyl) -phosphine agus 3 μl 0.8 M cloroacetamide aig 90 ° C airson 10 mionaidean, agus an uairsin sonicated ann an amar uisge airson 15 mionaidean. Chaidh an sampall a lagachadh le bufair 193 μl 8 M urea [8 M urea agus 100 mM NaHPO4 (pH 8.5)] gu dùmhlachd deireannach de 6 M urea. Tha LysC (4.5 μg; Wako) air a chleachdadh airson cnàmhadh thar oidhche aig teòthachd an t-seòmair. Chaidh an sampall an uairsin a lagachadh gu 1 M urea le 50 mM ammonium bicarbonate (ABC) (68). Cuir ris an aon mheud (4.5 μg) de trypsin (Promega), agus an uairsin thoir an sampall airson 12 uairean. Acidify am fuasgladh peptide cnàmhaidh gu dùmhlachd deireannach de 1% searbhag formic (FA) agus 0.1% searbhag trifluoroacetic (TFA) (66), agus an uairsin dì-ghalarachadh le colbh 50 mg Sep-Pak C18 (Uisge) mar a chaidh a mhìneachadh gu h-àrd (25) . Chaidh am peptide an uairsin a chuir a-mach ann an 1 ml de 50% acetonitrile (ACN). Gus tomhas pròtain a dhèanamh àbhaisteach thairis air baidsean (25), chaidh 100 μl aliquots bho na 40 sampall CSF gu lèir a thoirt còmhla gus sampall measgaichte a ghineadh, a chaidh an uairsin a roinn ann an còig sampaill àbhaisteach a-staigh cruinneil (GIS) (48). Tha a h-uile sampall fa leth agus inbhean aonaichte air an tiormachadh le falamh àrd-astar (Labconco).
CSF lethbhreac den sampall. Tha Dayon agus co-obraichean air cunntas a thoirt roimhe air ìsleachadh dìonachd agus cnàmhadh leth-bhreac CSF 3 sampaill (45, 46). Cha robh na sampallan mac-samhail a bha air fhàgail air an toirt a-steach leotha fhèin. Crùisg na sampallan sin nach deach an toirt air falbh ann an trypsin mar a chaidh a mhìneachadh roimhe (17). Airson gach mion-sgrùdadh a chaidh a dhèanamh a-rithist, chaidh 120 μl aliquots den peptide eluted bho gach sampall a thoirt còmhla agus a roinn ann an cuibhreannan meud co-ionann airson an cleachdadh mar inbhe a-staigh cruinne le bileag TMT (48). Tha a h-uile sampall fa leth agus inbhean aonaichte air an tiormachadh le falamh àrd-astar (Labconco). Gus comharra a ’phròtain CSF le pailteas ìosal a neartachadh, le bhith a’ cothlamadh 125 μl bho gach sampall, chaidh sampall “leasaichte” ullachadh airson gach mion-sgrùdadh mac-samhail [ie, sampall bith-eòlasach a tha coltach ris an sampall rannsachaidh, ach tha an t-suim a tha ri fhaighinn mòran nas motha (37, 69)] còmhla ann an sampall measgaichte CSF (17). Chaidh an sampall measgaichte an uairsin a thoirt air falbh le bhith a’ cleachdadh 12 ml de Resin Toirt air falbh Protein Abundance High Select Top14 (Thermo Fisher Scientific, A36372), air a chnàmh mar a chaidh a mhìneachadh gu h-àrd, agus air a ghabhail a-steach anns an iomadachadh TMT às deidh sin.
Ùine puist: Lùnastal-27-2021