Le potentiel diagnostique des protéines amyloïdogènes, partie 2

4.1. Niveaux de protéines amyloïdogènes dans la neurodégénérescence

Jusqu'à présent, les stratégies de détection les plus courantes sondent des protéines amyloïdogènes spécifiques, quelles que soient leurs conformations ou PTM, fournissant ainsi des informations sur la quantité totale de protéines amyloïdogènes dans des conditions pathologiques.

La relation entre maladie et mémoire est un sujet de grande préoccupation et revêt une grande importance pour la santé humaine. Une bonne mémoire est une manifestation de la sagesse humaine, qui peut nous aider à mieux traiter les informations et à prendre des décisions plus précises. Dans la vie, de nombreuses personnes craignent souvent que certaines maladies n'endommagent leur mémoire, mais en fait, une attitude positive envers la vie et des habitudes de vie saines peuvent nous aider à protéger notre mémoire et à prévenir diverses maladies.

Premièrement, un bon sommeil peut aider à maintenir la mémoire. Des études ont montré que le sommeil est un élément clé du système de mémoire du cerveau, notamment l’encodage, la préservation et le processus de la mémoire. Le manque de sommeil peut avoir des effets néfastes sur ces processus, entraînant une perte de mémoire. Par conséquent, maintenir suffisamment de temps de sommeil chaque jour peut aider à ralentir le déclin de la mémoire.

Deuxièmement, une alimentation saine est également essentielle au maintien de la mémoire. Le corps humain a besoin de nutriments pour nourrir le corps et le cerveau, et les aliments qui peuvent améliorer la mémoire comprennent les noix, le poisson, les fruits et les légumes. Les noix sont riches en protéines et en acides gras, qui peuvent favoriser le développement sain des nerfs cérébraux. Le poisson contient beaucoup d'acides gras oméga-3, qui sont bénéfiques pour la santé des systèmes cardiovasculaire et nerveux. De plus, les fruits et légumes sont riches en antioxydants, qui aident à prévenir les troubles cognitifs et les maladies comme la maladie d'Alzheimer.

Enfin, une attitude positive et l’exercice physique peuvent également contribuer à entretenir la mémoire. Les émotions positives et la pensée positive peuvent améliorer les capacités cognitives du cerveau, activer les connexions neuronales et la prolifération cellulaire dans le cerveau, et ainsi contribuer à améliorer la mémoire. De plus, l’exercice régulier peut favoriser la circulation sanguine et l’apport d’oxygène, ce qui est bénéfique pour la santé du cerveau. Les méthodes traditionnelles de remise en forme telles que le yoga, le Tai Chi et la médecine chinoise peuvent également aider à soulager les tensions et à favoriser la santé physique et mentale.

En résumé, bien qu’il existe une certaine relation entre la maladie et la mémoire, une attitude positive envers la vie et des habitudes de vie saines peuvent nous aider à prévenir et à atténuer les dommages causés à la mémoire par diverses maladies. Par conséquent, nous devons toujours maintenir une bonne attitude, faire de l’exercice activement, avoir une alimentation raisonnable et maintenir des habitudes de vie saines, pour avancer vers une vie saine et heureuse. On peut voir que nous devons améliorer la mémoire, et Cistanche peut améliorer considérablement la mémoire car Cistanche a des effets antioxydants, anti-inflammatoires et anti-âge, qui peuvent aider à réduire l'oxydation et les réactions inflammatoires dans le cerveau, protégeant ainsi la santé du cerveau. système nerveux. En outre, Cistanche peut également favoriser la croissance et la réparation des cellules nerveuses, améliorant ainsi la connectivité et le fonctionnement des réseaux neuronaux. Ces effets peuvent contribuer à améliorer la mémoire, la capacité d’apprentissage et la vitesse de réflexion, et peuvent également prévenir l’apparition de dysfonctionnements cognitifs et de maladies neurodégénératives.

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Ces méthodes sont particulièrement efficaces lorsque le mécanisme pathologique dépend de mutations génétiques (par exemple lorsqu'une variante génétique d'une protéine est spécifiquement exprimée chez les patients, tableau 2), des niveaux d'expression des protéines (par exemple lorsque l'expression d'une protéine est altérée de manière significative chez les patients) ou d'une mauvaise localisation (par exemple lorsqu'une protéine s'accumule dans des régions spécifiques du corps chez les patients).

Dans le cas de la MA, les premières expériences se sont concentrées sur la mesure de la concentration de A total dans le LCR. Cependant, aucune différence significative n’a été trouvée entre les patients et les témoins [33]. En revanche, des différences significatives ont été observées pour la protéine tau totale.

Les chercheurs ont constaté une augmentation marquée de la concentration totale de tau dans le LCR des patients atteints de MA par rapport aux témoins sains [67]. Bien qu'il existe un lien clair entre la concentration de tau dans le LCR et la MA, des concentrations plus élevées de tau sont également observées dans les cas d'accident vasculaire cérébral aigu, de traumatisme cérébral. , et d'autres formes de démence [66,68], ce qui rend le diagnostic spécifique à la maladie difficile [44,66].

Dans le cas de la MP, il a été constaté que -syn est présent à des concentrations légèrement inférieures dans le LCR des patients par rapport aux individus en bonne santé dans de petites études de cohorte (68-70). Cela a également été observé dans le plasma et la salive.

Dans des études plus vastes, le CSF-syn a une concentration significativement inférieure à celle des témoins sains (69). Cette concentration plus faible de fluides corporels inaccessibles -syn peut être une conséquence de l'agrégation intracellulaire de la protéine (69). Cependant, l'utilisation de -syn seul n'est pas suffisante en tant que biomarqueur unique pour le diagnostic de la MP [69]. En raison de sa faible concentration, le TDP-43 est difficile à mesurer de manière fiable dans le sang [71,72].

Cependant, dans le LCR, il a été démontré que la concentration de TDP{{0}} est plus élevée chez les patients SLA (6,92 ± 3,71 ng/mL) que chez les sujets sains (5,31 ± 0,94 ng/mL) et chez les personnes atteintes d'autres maladies. conditions, par exemple la MP, la sclérose en plaques et le syndrome de Guillain-Barrés [73].

Des études récentes ont suggéré que le TDP-43 présent dans le LCR pourrait être un biomarqueur pour le diagnostic de la SLA, de la SLA/FTD, mais pas pour la FTD seule [74,75]. En particulier, il convient de noter que les protéines, dont le TDP-43, peuvent diffuser du sang vers le LCR.

De plus, le TDP-43 est également abondant dans d'autres parties du corps que le cerveau [54,76]. Ainsi, le TDP-43 dans le LCR peut provenir d'autres régions du corps et peut ne pas représenter de manière adéquate la pathologie cérébrale. en FTD. Actuellement, les efforts de recherche se concentrent sur la surveillance du TDP-43 contenu dans les exosomes du LCR, qui sont dérivés du cerveau et représentent donc mieux la pathologie cérébrale (77).

Dans l’ensemble, jusqu’à présent, malgré des preuves irréfutables du fait que l’expression et les concentrations des protéines sont modifiées en cas de maladie, l’analyse de la concentration totale des protéines à elle seule n’a pas abouti à une approche diagnostique largement adoptée.

4.2. PTM associés à la neurodégénérescence

Comme mentionné précédemment, les PTM affectent la propension à l'agrégation des protéines amyloïdogènes et jouent un rôle essentiel dans le mécanisme pathologique des maladies neurodégénératives (27, 28).

De plus, des PTM sont également trouvés dans des échantillons biologiques de patients [27-29]. Des PTM aberrantes peuvent survenir bien avant les symptômes cliniquement observables. Cette observation rend les PTM potentiellement appropriés pour être utilisés comme biomarqueurs pour un diagnostic précoce (Tableau 1).

4.2.1. Fragmentation et clivage

Le clivage des protéines est un PTM généralement associé à l’agrégation amyloïde et a fait l’objet d’études approfondies in vitro et in vivo. Dans la MA, par exemple, plusieurs fragments APP ont été associés à la maladie, A 42 et A 40 étant les plus étudiés. Cependant, d'autres formes de A détiennent également un potentiel diagnostique, notamment A 37, A 38, A 39 et A 43 [32].

Il a été constaté que la concentration d'A 42 dans le LCR est plus faible chez les patients atteints de MA que chez les témoins dans environ 50 % des cas [78].

Cependant, actuellement, le rapport de concentration dans le LCR A 42/A 40 est considéré comme plus précis sur le plan diagnostique, car il prend en compte les fluctuations physiologiques de l'expression des protéines entre individus [78, 103].

Outre l'A 40 et l'A 42, la concentration d'A 43 est plus faible dans le LCR des patients atteints de MA à début précoce, mais également chez les patients présentant des troubles cognitifs légers et d'autres formes de démence [79].

Au contraire, l'A 38 est présent à des concentrations plus élevées chez les patients atteints de MA et distingue spécifiquement la MA des autres formes de démence [66]. Ainsi, le rapport A 42/A 38 peut être corrélé à différents types de démence et être utilisé dans des approches diagnostiques de détection combinées [103, 104].

Bien que -syn et TDP-43 puissent également subir une fragmentation, qui joue un rôle dans leurs mécanismes pathologiques, très peu d'études avaient détecté des isoformes tronquées -synand TDP-43 dans les fluides corporels, et leurs rôles en tant que biomarqueurs potentiels. resté inconnu [28, 54, 105, 106].

4.2.2. Phosphorylation

Dans A , on pense que la phosphorylation de Ser8 et Ser26 augmente l'abondance et la stabilité des agrégats toxiques. L'enrichissement de ces modifications dans les espèces oligomères A, par rapport aux monomères, a été démontré à l'aide d'anticorps mono- ou polyclonaux spécifiques du phosphore [80, 81].

En raison de l'hyperphosphorylation, la protéine tau se dissocie du réseau de microtubules et s'agrège. Par conséquent, la phosphorylation de tau est considérée comme un événement clé dans la formation du NFT (27).

Ces dernières années, plusieurs anticorps ont été développés pour reconnaître spécifiquement p-tau et divers protocoles ELISA ont été développés pour différents épitopes phosphorylés.

Récemment, il a été démontré que p-tau au niveau Thr217 (p-tau217) était un biomarqueur robuste du plasma [86] et du LCR [107] pour la MA, car il distinguait la MA des autres maladies neurodégénératives, y compris d'autres tauopathies. De même, -syn est également phosphorylé sur plusieurs résidus. Il convient de mentionner la variante de -syn portant la phosphorylation de Ser129 (p- -syn129).

Cette modification se produit par plusieurs kinases et affecte l'agrégation et la toxicité des -syn à la fois in vitro [95,96] et in vivo [108]. La spectrométrie de masse (MS) et les expériences basées sur les anticorps ont révélé que les LB isolés du cerveau des patients parkinsoniens sont enrichis en p- -syn129.

Ils ont également montré que la concentration de p- -syn129 dans les fluides corporels est plus élevée chez les patients parkinsoniens et est en corrélation avec la gravité de la maladie [109, 110]. La quantification de p- -syn129, ainsi que de -syn total, dans le LCR a été suggérée pour faciliter la modélisation de la MP et potentiellement le diagnostic différentiel de la MP par rapport à d'autres parkinsonismes (110, 111).

Plusieurs anticorps spécifiques du TDP -43 phosphorylé (par exemple, Ser409 et Ser410) ont été développés.

Cependant, TDP -43 subit plusieurs autres modifications, et sonder uniquement l'état de phosphorylation de la protéine ne décrit pas avec précision l'état pathologique. Les approches de détection actuellement en cours de développement impliquent l'utilisation combinée de différents anticorps ciblant différentes modifications et conformations du TDP-43 [75,77].

4.2.3. Acétylation

L'acétylation est un autre PTM majeur impliqué dans la MA. Il a été rapporté que les niveaux globaux d'acétylation de A 42- et des agrégats tau sont significativement plus élevés dans l'ADhippocampe que chez les sujets sains (112).

De plus, plusieurs études ont montré que l'acétylation de Lys16 et Lys28 de A altèrent toutes deux l'agrégation du peptide in vitro [38]. En particulier, l’acétylation de Lys16 conduit à la formation d’agrégats amorphes au lieu d’amyloïdes [38,39].

Tau subit une acétylation au niveau de divers résidus. En particulier, l'acétylation de Lys174, Lys274 et Lys280 a reçu le plus d'attention car il a été démontré que celles-ci régulaient également la fonction de la protéine (87).

Parmi ces modifications, Lys280 a été spécifiquement trouvé acétylé chez des souris transgéniques et dans les tissus de l'hippocampe des patients [87]. Dans le cas de la MP et de la démence avec LB (DLB), il a été rapporté que les tissus cérébraux (cortex temporal et cortex préfrontal dorsolatéral) des patients contiennent des syn acétylés N-terminaux solubles et agrégés [113].

Il a été constaté que l'acétylation N-terminale modifie de manière significative la structure du monomère -syn in vitro. Ce PTM induit le repliement hélicoïdal de l'extrémité N-terminale de -syn [97], ce qui a été suggéré pour favoriser l'association pathologique de la protéine aux membranes [114]. TDP-43 est une autre protéine qui subit une acétylation.

Ce PTM annule la liaison à l’ARN et favorise l’agrégation de la protéine. En particulier, le TDP-43 acétylé atLys145 a pu être détecté dans les lésions des patients SLA mais pas chez les patients FTD, ce qui suggère que l'acétylation du TDP-43 était liée à la pathogenèse de la SLA et pourrait être utilisée pour distinguer la SLA de la DFT, ce qui est utile car un biomarqueur s’il est facilement détectable dans les fluides corporels [29].

4.2.4. Oxydation et nitration

Le stress oxydatif a été décrit comme un facteur contribuant aux maladies neurodégénératives (115). Dans la MA, l'oxydation de A au niveau de Met35 a été détectée post mortem dans le cortex occipital chez les patients atteints de MA (116).

Cependant, il a été démontré que cette modification ralentissait l'agrégation de la protéine in vitro [30,82] et des investigations plus approfondies seront nécessaires pour clarifier le rôle exact dans la maladie. Au lieu de cibler les protéines amyloïdogènes oxydées, les approches diagnostiques actuelles se concentrent principalement sur la mesure des biomarqueurs du stress oxydatif (par exemple, les produits d'oxydation et les métabolites spécifiques) [115].

Cependant, ces biomarqueurs ne sont pas spécifiques de la neurodégénérescence, le stress oxydatif étant également induit par l'inflammation et dans le cadre de diverses pathologies, dont le cancer [115]. Le développement d'anticorps dirigés contre les protéines amyloïdogènes oxydées, telles que tau et TDP-43, associé à des approches très sensibles, pourrait faciliter le diagnostic.

La nitration des résidus Tyr a été trouvée dans plusieurs protéines amyloïdogènes provenant d'échantillons de patients (par exemple, Tyr10 dans A, Tyr29 dans tau, Tyr39 dans -syn) [28,30,37,89].

En particulier, il a été constaté que les taux de nitrates-syn dans les cellules du sang périphérique (monocytes et érythrocytes) sont spécifiquement plus élevés chez les patients parkinsoniens. Ainsi, cette modification est actuellement considérée comme un biomarqueur diagnostique potentiel, bien que des études à plus grande échelle soient nécessaires (99, 117).

Les molécules de stress nitrosatif sont actuellement évaluées comme biomarqueurs potentiels. Cependant, dans ce cas également, ils ne sont pas spécifiques de la neurodégénérescence et des investigations plus approfondies sont nécessaires [118].

4.2.5. Glycosylation

Des études ont trouvé des glycopeptides A O courts (A 1-15 à 20) dans des échantillons de AD CSF et ont suggéré qu'ils pourraient être des biomarqueurs utiles, et les profils et concentrations de glycopeptides doivent être confirmés dans des études prospectives beaucoup plus vastes (119) (Tableau 1). ).

Il a également été démontré que Tau subit une N- et O-glycosylation. Il est intéressant de noter que l’O-glycosylation joue un mécanisme de protection contre l’hyperphosphorylation et la formation de PHF (91). Des niveaux plus faibles de tau O-glycosylé sont trouvés dans les cerveaux atteints de MA par rapport aux témoins sains (91).

En revanche, il a été démontré que la N-glycosylation facilite l’hyperphosphorylation de la protéine tau, favorisant ainsi son accumulation dans le PHF. La N-glycosylation a été trouvée dans les cerveaux humains atteints de MA, mais pas dans les cerveaux témoins, ce qui pourrait constituer une modification pertinente pour le diagnostic (83).

Dans la MP, une glycosylation liée à O avec la N-acétylglucosamine de -syn a également été trouvée in vivo (100).

Les approches diagnostiques basées sur la détection de protéines amyloïdogènes glycosylées sont encore largement inexplorées et de nouvelles techniques sont en cours de développement. L'évaluation des modèles de glycosylation chez les patients comprend le profilage du N-glycome par glycoblotting et MS [120, 121].

4.2.6. Ubiquitination

L'ubiquitine marque les protéines mal repliées et les cible pour leur dégradation via le système ubiquitine-protéasome. On pense qu'une accumulation anormale d'amyloïdes pourrait résulter de l'altération de la voie ubiquitine-protéasome (122).

Il a été constaté que l'ubiquitine est présente à des concentrations plus élevées dans les tissus corticaux des patients atteints de MA que chez les témoins sains (122, 123). Bien que les premières études aient montré que la majorité de l'ubiquitination se produit lorsque la protéine tau est agrégée dans les enchevêtrements, l'ubiquitine a également été trouvée dans la protéine tau soluble, par exemple via la conjugaison Lys63 [92,93].

Notamment, la polyubiquitination liée à Lys48 et, en particulier, Lys63-, ainsi que les modifications de la monoubiquitine, se sont avérées contribuer à la biogenèse des enchevêtrements.

Des analyses plus approfondies pourraient se concentrer sur la détection de la protéine tau ubiquitinée Lys63 pour évaluer sa valeur diagnostique (94). -Syn est trouvé, mono-, di- et tri-ubiquitiné, dans les LB provenant des tissus corticaux du cerveau des patients DLB autopsiés [124].

Alors qu'il a été démontré que l'ubiquitination à Lys6, Lys12, Lys21, Lys43 et Lys96 a un effet inhibiteur sur la formation de fibrilles, l'ubiquitination à Lys10 et Lys23 a l'effet inverse et pourrait avoir un rôle pathologique.

Cependant, leur présence dans les fluides corporels et leur lien avec la pathologie de la MP restent inconnus [28]. Le TDP omniquitiné-43 est un composant majeur des agrégats dans environ 50 % des cas de FTD et 97 % des cas de SLA, et semble être en aval. de phosphorylation. Néanmoins, les effets de l'ubiquitination sur l'agrégation de TDP-43 doivent encore être clarifiés [29].

Actuellement, les approches diagnostiques potentielles se concentrent sur la mesure de l’ubiquitine libre non conjuguée plutôt que sur les protéines ubiquitinées dans le LCR (125). Il a été observé que la quantité d'ubiquitine dans le LCR reflète le nombre d'agrégats protéiques dans le cerveau et pourrait servir de biomarqueur [125, 126].

4.3. Agrégats amyloïdes et sondes sensibles à l'amyloïde

Actuellement, les efforts de recherche croissants se concentrent sur la génération d’outils biomoléculaires pour cibler des conformations d’agrégats spécifiques (Figure 2). La logique qui sous-tend cette stratégie réside dans le fait que les protéines amyloïdogènes sont généralement peu toxiques lorsqu’elles sont monomères, alors que leur toxicité augmente significativement lorsqu’elles sont agrégées [13].

Des preuves récentes montrent que les oligomères sont particulièrement toxiques [13], ainsi, pour suivre la progression et la gravité des maladies neurodégénératives, on pourrait quantifier spécifiquement la concentration des amyloïdes et/ou des oligomères (Tableau 2, Figure 3).

Dans ce contexte, plusieurs sondes pour les amyloïdes et les agrégats de type amyloïde ont été développées, notamment des sondes fluorescentes à petites molécules, des anticorps à conformation sélective et des aptamères (127-130).

En particulier, des études sur des molécules uniques utilisant des molécules fluorescentes sensibles à l'amyloïde ont permis de sonder des agrégats solubles individuels présents dans les fluides corporels des patients.

Pour ce faire, de petites molécules, telles que la thioflavine T (ThT), qui augmentent leur fluorescence lors de leur liaison au composant de la feuille croisée - - des amyloïdes, ont été utilisées. En utilisant cette approche, les chercheurs ont réussi à quantifier les agrégats solubles de type amyloïde dans les échantillons de MA et de PDCSF (131, 132).

Outre le ThT, d'autres molécules ayant des propriétés fluorescentes similaires ont été développées, notamment des rotors moléculaires [133, 134], comme la thioflavine X [135].

En plus de ces sondes à petites molécules, des biomolécules hautement spécifiques ont été développées, telles que des fragments d'anticorps et des aptamères capables de sonder des oligomères de différentes protéines amyloïdogènes [127, 136, 137].

Récemment, la microscopie à super-résolution avec aptamère spécifique de l'amyloïde et accumulation de points d'ADN dans une topographie à l'échelle nanométrique a permis de détecter des agrégats de -syn et A dans des échantillons provenant de patients parkinsoniens sans avoir besoin d'un fluorophore conjugué (138).

Traditionnellement, les anticorps ont été générés à l'aide de techniques bien établies, in vivo par les technologies d'immunisation et d'hybridome [139, 140] ou in vitro à l'aide de technologies d'affichage [141].

L'émergence de nouvelles méthodes de découverte d'anticorps in silico a permis la génération d'anticorps de manière rentable et rapide [142]. AbDesign, un algorithme basé sur la structure qui utilise une conception combinatoire et basée sur l'énergie, a réussi à concevoir des fragments d'anticorps ciblant l'insuline et la protéine porteuse d'acyle mycobactérienne (143).

Des succès similaires ont été obtenus en utilisant des procédures basées sur la structure telles que OptMAVEn [144] et la conception d'anticorps Rosetta [145]. Plus récemment, la méthode Cascade [128] a été développée pour concevoir des peptides complémentaires à un épitope cible qui peuvent être greffés à la région déterminant la complémentarité d'un échafaudage d'anticorps.

La méthode Cascade a déjà été utilisée dans la conception d'anticorps spécifiques à la conformation pour cibler les amyloïdes et les oligomères A 42 [127, 146].

4.4. Neuroimagerie TEP des amyloïdes dans le cerveau

L'imagerie TEP utilise des radiotraceurs pour dépister la présence d'amyloïdes dans le cerveau in vivo (147). Les radiotraceurs se caractérisent par une lipophilie élevée, ce qui leur permet de traverser la barrière hémato-encéphalique.

Le composé B de Pittsburgh (11C-PiB) est un analogue fluorescent du ThT et a été utilisé pour la première fois pour tracer des fibrilles amyloïdes à l'aide de la TEP en 2004. Le 11C-PiB est actuellement l'un des radioligands les plus utilisés pour l'imagerie TEP de la pathologie cérébrale A [148] (Tableau 2) .

La TEP-amyloïde peut distinguer la démence des troubles cognitifs légers et du vieillissement normal. Cependant, elle ne peut pas faire de discrimination entre les différentes formes de démence. De plus, ces techniques sont coûteuses et les radiotraceurs actuellement utilisés en clinique ne reflètent que le niveau d'agrégats insolubles dans le cerveau.

En revanche, de nouveaux radioligands à base d'anticorps sont en cours de développement pour détecter les formes A oligomères et protofibrillaires solubles et ont été testés sur des souris transgéniques (149, 150).

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