Le potentiel diagnostique des protéines amyloïdogènes, partie 3

4.5. Détection combinée

Les maladies neurodégénératives partagent de nombreux symptômes et mécanismes pathologiques. En particulier, des agrégats de la même protéine amyloïdogène peuvent exister chez les personnes affectées par différentes formes de neurodégénérescence [151].

À mesure que les gens vieillissent, leur santé physique montre progressivement des signes de déclin et de vieillissement. Parmi elles, la maladie neurodégénérative est une maladie grave qui affecte les fonctions physiques, le niveau d'intelligence et la capacité de mémoire des personnes. Cependant, nous n’avons pas besoin d’être frustrés ni effrayés car il existe de nombreuses façons de retarder l’apparition des maladies neurodégénératives. Dans le même temps, il est également très important d’ajuster notre mentalité et de maintenir une attitude positive envers la vie. Cet article explorera la relation entre les maladies neurodégénératives et la mémoire et proposera des moyens efficaces d'améliorer la mémoire afin que nous puissions avoir une vie saine, heureuse et épanouissante.

Les maladies neurodégénératives sont des maladies touchant le système nerveux, comme la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington. Ces maladies affectent généralement la mémoire des gens, se manifestant par l'oubli de choses récentes, la répétition des mêmes tâches et la perte progressive du contrôle des affaires quotidiennes. Pour éviter l’apparition de ces symptômes, nous devons prendre certaines mesures actives, telles que :

1. Gardez une bonne santé. Une bonne condition physique est l’un des meilleurs moyens de prévenir les maladies neurodégénératives. Faire un exercice modéré peut améliorer la fonction physique et maintenir l’apport de sang et d’oxygène au cerveau. En outre, des habitudes alimentaires saines sont également très importantes, car elles peuvent fournir suffisamment de nutrition et d’énergie pour garder le corps en bonne santé.

2. Exercez activement le cerveau. Si nous voulons entretenir notre mémoire, nous devons exercer notre cerveau régulièrement. Cela peut inclure l'apprentissage de nouvelles choses, de jeux et d'activités qui mettent à l'épreuve les capacités cognitives du cerveau, ou même la stimulation du cerveau en participant à des activités sociales. Ces activités peuvent favoriser la formation de nouvelles connexions neuronales et maintenir le cerveau flexible et résilient.

3. Maintenez une attitude positive envers la vie. Les facteurs psychologiques jouent également un rôle clé dans la prévention à long terme des maladies neurodégénératives. Une personne joyeuse, positive et optimiste est souvent moins affectée par les facteurs négatifs et a plus de chances de maintenir une bonne santé physique et mentale. Une attitude positive envers la vie peut promouvoir de nouvelles façons d’être attentif et de penser, et contribuer à améliorer la mémoire.

Bref, prévenir les maladies neurodégénératives est une tâche de longue haleine qui nécessite une attention régulière à la santé physique et cérébrale. En maintenant une alimentation saine, une activité physique modérée et une façon de penser positive, nous pouvons renforcer notre force intérieure et notre résistance et prévenir efficacement l’apparition de maladies neurodégénératives. Dans le même temps, nous devons également maintenir une attitude optimiste, positive et heureuse et profiter d’une vie saine, heureuse et épanouissante. On voit que nous devons améliorer notre mémoire, et Cistanche peut améliorer considérablement la mémoire car Cistanche peut également réguler l'équilibre des neurotransmetteurs, comme en augmentant les niveaux d'acétylcholine et de facteurs de croissance, qui sont très importants pour la mémoire et l'apprentissage. De plus, Cistanche deserticola peut améliorer la circulation sanguine et favoriser l'apport d'oxygène, ce qui peut garantir que le cerveau reçoive une nutrition et une énergie adéquates, améliorant ainsi sa vitalité et son endurance.

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Par exemple, les agrégats A et p-tau peuvent également être trouvés chez les patients atteints de DLB, et les agrégats -syn chez les patients atteints de MA. La co-occurrence de A, -syn et tau suggère un chevauchement entre la MA, les tauopathies et les synucléinopathies (152).

Des agrégats amyloïdes peuvent également être présents chez des personnes ne présentant aucun symptôme de maladie [151]. Ces observations conduisent à la conclusion que, dans certains cas, la surveillance d’une seule protéine amyloïdogène peut ne pas suffire à établir un diagnostic précis.

Diverses études ont évalué les performances diagnostiques de la surveillance conjointe des niveaux de différentes protéines amyloïdogènes (Tableau 2). Par exemple, la quantification des concentrations dans le LCR du p-tau181, portant le Thr181 phosphorylé, et du ratio A 42/A 38 a permis de différencier la MA des autres maladies neurodégénératives [66, 104].

Une étude récente menée sur une cohorte de 4444 participants sur 14 ans a pu associer les taux plasmatiques de NFT et d'A 42 au risque de développer une MA et une démence toutes causes confondues [153]. De plus, l'analyse des niveaux de -syn total et de tau total dans le LCR pourrait aider à l'identification des synucléinopathies par rapport à d'autres maladies neurodégénératives (68).

Des travaux récents ont montré que la détermination du rapport oligomère -syn/total -syn, p- -syn129 et p-tau181 dans le LCR a permis d'identifier les patients atteints de MP parmi les témoins (154).

Il a également été démontré qu'une augmentation de la glycation, de la -syn Tyr 39nitration et de pTyr125, ainsi qu'une diminution des taux de SUMO-1 dans les échantillons de sang étaient associées à la MP (117).

Enfin, il a été constaté que la concentration dans le LCR du TDP total-43 et le rapport tau total/pThr181-tau discriminent les patients SLA/FTD des témoins sains [155]. Dans le tableau 2, nous résumons les principales protéines qui peuvent être surveillées en combinaison à des fins de diagnostic.

5. Progrès récents de la technologie de détection

Compte tenu de leurs coûts abordables et de la possibilité de les réaliser facilement à haut débit, les tests immunologiques, tels que l'ELISA et l'immunoblot, ont été les techniques les plus couramment utilisées pour quantifier les concentrations de protéines amyloïdogènes dans les fluides et tissus corporels.

D'autres approches sont également utilisées, notamment la TEP, la MS et la microscopie, et de nouvelles technologies de détection ultrasensibles font leur apparition. Un exemple important est fourni par la MS.

Une isotachophorèse capillaire récemment établie – une MS par ionisation par électrospray pourrait détecter des concentrations picomolaires d'A [157]. Dans une autre étude, un spectromètre de masse clinique automatisé pourrait détecter différentes variantes A dans le LCR de manière multiplex (158). Il convient de noter que les deux approches étaient exemptes d’anticorps et ne nécessitaient pas d’étape d’immuno-enrichissement.

Un rapport 42/A 40 dans le LCR pourrait également être déterminé par un test LC-MS/MS avec une sensibilité clinique élevée [159]. Les avantages de la SEP incluent une petite taille d'échantillon, un délai d'exécution rapide, une large applicabilité et une sensibilité.

L'analyse d'une particule unique des amyloïdes peut être réalisée par des méthodes microscopiques, notamment la fluorescence, la force atomique et la microscopie électronique. Notamment, les méthodes basées sur la fluorescence permettent une détection ultrasensible des fibrilles amyloïdes et des oligomères individuels dans les maladies neurodégénératives. De plus, les méthodes de super-résolution offrent un aperçu des propriétés structurelles et de l'hydrophobie de la surface [17].

La détection des nanopores est une technique non optique qui a récemment été démontrée comme permettant l'analyse d'une seule molécule de protéines polymères et qui pourrait être étendue aux amyloïdes et aux oligomères [160, 161].

Dans la détection des nanopores, une biomolécule est transférée à travers un ananopore intégré dans une fine membrane diélectrique séparant deux chambres avec des électrolytes. Des conformations distinctes de la biomolécule peuvent être caractérisées lors de sa translocation à travers le nanopore par l'analyse du changement de conductance ionique du pore [162, 163].

D'autres méthodes récentes incluent des tests d'ensemencement amyloïde, tels que l'amplification cyclique du mauvais repliement des protéines [164] et la conversion induite par un tremblement en temps réel (RT-QuIC) [165]. Dans ces tests, la composition et le nombre d'amyloïdes dans les échantillons biologiques sont déterminés par la capacité de ces échantillons à induire l'agrégation d'une protéine monomère amyloïdogène recombinante à l'aide de mesures d'agrégation basées sur ThT.

Ces tests ont été établis pour plusieurs protéines amyloïdogènes. En particulier, le test RT-QuIC pour -syn a montré une sensibilité diagnostique élevée pour la PD et la DLB [165]. Les techniques de MS et microscopiques nécessitent une instrumentation sophistiquée.

Des kits ELISA pour plusieurs biomarqueurs, notamment A 42, p-tau, total-tau et -syn, sont disponibles dans le commerce. Cependant, l'ELISA peut demander beaucoup de travail à mettre en place et avoir une sensibilité limitée. Diverses techniques ELISA à haute sensibilité ont été développées. Par exemple, les chercheurs ont mesuré la concentration de -syn totale dans les fluides corporels à l'aide de lipides immobilisés (166).

En outre, l'ELISA a été couplée à d'autres technologies de détection, telles que la nouvelle électrochimiluminescence sur plaque [167]. Cette approche a permis d'obtenir un temps de traitement nettement réduit, avec des besoins en volume d'échantillon plus petits et un traitement simultané de plusieurs biomarqueurs (167). Outre l'électrochimiluminescence, l'ELISA numérique a également été développé avec la technologie Simoa (Single Molecule Array).

Cette méthode aurait une sensibilité accrue pour la détection de A 42 dans le plasma humain (dans la plage pM) [168]. surface de verre fonctionnalisée via des anticorps, imagée par microscopie à fluorescence à haute résolution [169].

La plateforme de profilage multi-analytes (xMAP) se distingue d'un large éventail d'approches par sa capacité de multiplexage.

La quantification simultanée de jusqu'à 100 échantillons dans un seul test pourrait être réalisée avec un test semi-automatisé. Des études ont montré que les données xMAP pour tau total, p-tau, A 40 et A 42 étaient bien corrélées aux valeurs ELISA basées sur la recherche avec une sensibilité et une spécificité plus élevées (170).

La réaction en chaîne par immunopolymérase (I-PCR) utilise la PCR en temps réel (également connue sous le nom de PCR quantitative) pour combiner l'amplification des acides nucléiques avec des tests basés sur des anticorps afin d'augmenter la sensibilité de 10 à 109- fois des tests immunitaires conventionnels.

Les chercheurs ont quantifié plusieurs épitopes tau phosphorylés par I-PCR dans le LCR [171] et ont développé une approche anano-I-PCR qui utilisait des nanoparticules d'or fonctionnalisées avec un anticorps monoclonal spécifique de tau pour la quantification totale de tau dans des échantillons de LCR [172]. Le niveau de totalA 40 présent dans les neurones microdisséqués pourrait également être quantifié par I-PCR avec une sensibilité et une plage de détection élevées (173).

Cette technique convient aux petits volumes d'échantillons, permet d'obtenir des résultats rapidement et peut se prêter au multiplexage. Le diagnostic au point de service (POC) est sans aucun doute une tendance émergente.

Cette approche permet de développer les tests ELISA, Luminex xMAP et qPCR conventionnels en appareils POC peu coûteux, portables et faciles à utiliser (174). L'ELISA sur papier est l'option la plus simple pour les diagnostics POC.

6. Conclusions et orientations futures potentielles

Les biomarqueurs de maladies représentent une condition essentielle pour le développement d’approches diagnostiques précises. Dans cette revue, nous avons discuté du potentiel des protéines amyloïdogènes en tant que biomarqueurs des maladies neurodégénératives et décrit les technologies de détection permettant d'évaluer leurs concentrations dans l'organisme (Figure 3).

Outre les mutations génétiques, de nombreux PTM et conformations spécifiques de protéines amyloïdogènes sont associés à la maladie et apparaissent comme des biomarqueurs potentiels (Tableaux 1 et 2). Dans ce contexte, parmi toutes les conformations agrégées, il convient de noter les oligomères, hautement toxiques et considérés comme des acteurs majeurs dans l'apparition et la progression de la maladie.

L’utilisation de protéines amyloïdogènes comme biomarqueurs comporte des défis. Premièrement, les maladies neurodégénératives partagent certains mécanismes pathologiques clés, notamment la formation d'agrégats par la même protéine amyloïdogène (par exemple, des dépôts A et p-tau peuvent être trouvés chez les patients atteints de DLB) (152).

Cela rend difficile la distinction d’une forme de neurodégénérescence d’une autre sur la base de la détection d’une seule protéine amyloïdogène spécifique. De plus, les protéines amyloïdogènes sont difficiles d’accès au sein du SNC et leurs concentrations dans les fluides corporels inaccessibles présentent des fluctuations notables, en particulier aux premiers stades de la maladie.

À notre avis, les stratégies de diagnostic prometteuses susceptibles de surmonter ces problèmes sont celles basées sur la détection de plusieurs protéines amyloïdogènes ou caractéristiques protéiques (Section 4.5).

De plus, les protéines amyloïdogènes pourraient être surveillées conjointement avec d’autres types de biomarqueurs, tels que les métabolites. Des recherches récentes ont montré que les voies métaboliques sont affectées par la neurodégénérescence et des plateformes de détection ont été développées pour le profilage métabolique (175).

Par exemple, la résonance magnétique nucléaire et la SEP ont été utilisées avec succès pour déterminer les changements métaboliques dans les systèmes cellulaires [176], des échantillons de cerveau post-mortem [177] et le LCR de patients [178].

Des approches combinées pourraient également impliquer une évaluation neuropsychologique et une neuroimagerie. De plus, les protéines amyloïdogènes peuvent également être détectées dans des régions du corps autres que le SNC et les fluides corporels.

Par exemple, des formes agrégées de -syn ont été trouvées dans le système digestif des patients parkinsoniens (179). La pertinence diagnostique de cette découverte est double : elle montre que d’autres parties du corps peuvent être examinées à la recherche de biomarqueurs potentiels de neurodégénérescence [180] ; cela implique également que les patients peuvent présenter des symptômes/troubles qui ne sont pas liés à la maladie neurodégénérative mais qui pourraient plutôt être utilisés pour un diagnostic précoce.

La sensibilité et la spécificité sont des attributs importants des technologies de détection des protéines amyloïdogènes. Dans les sections 4.3 et 5, nous avons décrit plusieurs approches prometteuses qui sont actuellement en cours de développement.

Ceux-ci sont basés sur des biocapteurs, la détection d'une seule molécule et des sondes moléculaires (par exemple des anticorps). À notre avis, les approches basées sur les anticorps, en particulier, recèlent un grand potentiel car elles permettent la détection dans des mélanges complexes. De plus, des anticorps peuvent être développés pour cibler différentes caractéristiques protéiques, notamment les PTM et les conformations (par exemple les oligomères).

En conclusion, les protéines amyloïdogènes sont des biomarqueurs potentiels intéressants de la neurodégénérescence. Leur succès diagnostique est étroitement lié au développement de stratégies de détection combinées, impliquant d’autres types de biomarqueurs, de systèmes organiques et de technologies ultra-sensibles.

Contributions des auteurs : rédaction de l'ébauche originale, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA ; rédaction-révision et édition, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA Tous les auteurs ont lu et accepté la version publiée du manuscrit.

Financement : nous remercions UK Research and Innovation (Future Leaders Fellowship MR/S033947/1), la Alzheimer's Society du Royaume-Uni (Grant 511) et Alzheimer's Research UK (ARUK-PG2019B-020) pour leur soutien.

Déclaration du comité d'examen institutionnel : sans objet.

Déclaration de consentement éclairé : sans objet.

Remerciements : Les figures ont été créées avec ChemDraw v19.1 et Biorender.com (consulté le 5 avril 2021).

Conflits d'intérêts : FAA est l'inventeur du brevet PCT/GB2020/051965.

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