Dokument: Quantifizierung von Proteinaggregaten zur Diagnose neurodegenerativer Erkrankungen mit der sFIDA-Technologie

Titel:	Quantifizierung von Proteinaggregaten zur Diagnose neurodegenerativer Erkrankungen mit der sFIDA-Technologie
Weiterer Titel:	Quantification of protein aggregates for the diagnosis of neurodegenerative diseases using sFIDA technology
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=66047
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20240711-154832-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Blömeke, Lara Anna [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 89,50 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 04.06.2024 / geändert 04.06.2024
Beitragende:	Prof.Dr. Willbold Dieter [Gutachter] Prof. Dr. Heise, Henrike [Gutachter] Prof. Dr. Sticht, Heinrich [Gutachter]
Dokumententyp (erweitert):	Dissertation
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Der Begriff neurodegenerative Erkrankungen umfasst eine Vielzahl von Krankheiten wie die Alzheimer- (AD) oder die Parkinson-Krankheit (PD), die durch Proteinablagerungen und das fortschreitende Absterben von Nervenzellen charakterisiert sind. Weniger häufige, allerdings in ihrer Symptomatik ähnliche Erkrankungen sind z.B. die Lewy-Körperchen-Demenz (DLB) und die progressive supranukleäre Blickparese (PSP). Da das Alter der wichtigste Risikofaktor für das Auftreten dieser Erkrankungen darstellt, nimmt die Prävalenz und dadurch sowohl die persönliche als auch die ökonomische Bedeutung der neurodegenerativen Erkrankungen durch den demographischen Wandel weiter zu. Zum jetzigen Zeitpunkt können die Erkrankungen allerdings weder geheilt noch das Fortschreiten gestoppt werden. Eine Ursache für die fehlenden Therapien sind u.a. ungenaue und zu späte Diagnosestellungen. Als direkte Zwischenstufen auf dem Weg zu den unlöslichen Proteinablagerungen bilden sich lösliche Oligomere, die bereits in Frühstadien auftreten können und als neurotoxisch gelten. Die Quantifizierung dieser Oligomere stellt daher einen direkten Biomarker dar, der sowohl eine frühzeitige Diagnose als auch die Entwicklung neuer Therapieansätze unterstützen kann. Während bei PSP Ablagerungen des Tau-Proteins vorherrschend sind, finden sich bei der Alzheimer-Erkrankung sowohl Amyloid Beta- (Aβ) als auch Tau-Ablagerungen. Im Gegensatz dazu sind PD und DLB durch die Anwesenheit von Lewy-Körperchen gekennzeichnet, die vor allem aus dem Protein alpha Synuclein (αSyn) bestehen. Die sFIDA-Technologie (surface-based fluorescence intensity distribution analysis) wurde entwickelt, um die löslichen Oligomere dieser Proteine quantitativ nachzuweisen. Diese Arbeit diente der Weiterentwicklung der Technologie in Hinblick auf die Quantifizierung in verschiedenen Körperflüssigkeiten wie der Cerebrospinalflüssigkeit (CSF), Blutplasma oder Stuhl. Ein weiteres Augenmerk lag auf dem zeitgleichen Nachweis zweier Proteine in CSF und der Weiterentwicklung von Kalibrationsstandards und Qualitätskontrollen wie rekombinanten Aggregaten. Die entwickelten Assays wurden zunächst hinsichtlich ihrer analytischen Sensitivität und Selektivität getestet. Hier zeigte sich je nach Analyten und Matrix eine geringe Nachweisgrenze (atto- bis femtomolar) und keine Beeinflussung durch Matrixbestandteile wie monomere Proteine oder heterophile Antikörper. Als Qualitätskontrolle wurden rekombinant hergestellte Proteinaggregate verwendet, wobei insbesondere der Charakterisierung der Aβ-Aggregate ein eigenes Kapitel gewidmet wurde. Im Anschluss an die Entwicklung der Assays wurden die Oligomerkonzentrationen in Patientenproben u. a. der DELCODE-Kohorte bestimmt. CSF-Analysen ergaben erhöhte Aβ-Oligomerkonzentrationen bei Patienten mit neuropathologischer AD in Frühstadien der Erkrankung wie milder kognitiver Beeinträchtigung (MCI) und subjektiver kognitiver Einschränkung (SCD), während die Tau-Oligomerkonzentrationen über den Erkrankungsverlauf hinweg unverändert waren. Im Gegensatz dazu waren die Aβ-Oligomerkonzentrationen im Plasma von AD-Patienten reduziert gegenüber den Kontrollen. Unter Berücksichtigung der Amyloid-Pathologie, genetischen Risikofaktoren und Korrelationsanalysen zwischen CSF und Plasma ist eine eingeschränkte Clearance der Oligomere als Erklärung für die geringeren Konzentrationen im Plasma naheliegend. Messbare Aβ-Oligomerkonzentrationen wurden außerdem im Stuhl von Patienten nachgewiesen, wobei AD-Patienten erhöhte Konzentrationen gegenüber den Kontrollen zeigten. Außerdem wurde ein Einfluss des anti-Oligomeren Medikaments RD2 auf die Tau-, allerdings nicht auf die Aβ-Oligomerkonzentrationen im CSF von behandelten Hunden gefunden. Für die Synucleinopathien PD und DLB wurden erhöhte αSyn-Oligomerkonzentrationen im CSF und für DLB außerdem erhöhte Tau-Oligomerkonzentrationen im CSF festgestellt. Im Gegensatz dazu waren die αSyn-Oligomerkonzentrationen im Stuhl bei Patienten mit idiopathischer Traum-Schlaf-Verhaltensstörung (REM sleep behaviour disorder, iRBD), einer Vorstufe von PD, allerdings nicht bei PD-Patienten selbst erhöht. Mit dieser Arbeit konnte die sFIDA-Technologie weiterentwickelt werden und gezeigt werden, dass die Technologie sensitiv und selektiv Oligomere verschiedener Proteine in unterschiedlichen Körperflüssigkeiten nachweisen kann. Außerdem wurde die Relevanz der Proteinoligomere sowohl für die Diagnose und die Entwicklung von Therapien als auch für die Erforschung der Pathologie neurodegenerativer Erkrankungen, insbesondere in CSF, gezeigt. Vertiefende Bildanalysen, der Austausch oder das Hinzufügen von Antikörpern und die Messung longitudinaler Proben und Proben derselben Patienten in unterschiedlichen Matrices stellen mögliche zukünftige Projekte dar. Diese können zum Verständnis der gemessenen Oligomerkonzentrationen in verschiedenen Körperflüssigkeiten und Erkrankungen beitragen und bei der gezielten Optimierung der Verfahren helfen. Neurodegenerative diseases include a variety of diseases such as Alzheimer's disease (AD) or Parkinson's disease (PD), which are characterized by protein deposition and neuronal loss. Less common diseases but similar in symptomatology are dementia with Lewy bodies (DLB) and progressive supranuclear palsy (PSP). As age is the most important risk factor for these diseases, the prevalence and thus both the personal and economic burden of neurodegenerative diseases continues to increase due to demographic change. However, the diseases can still not be cured, or their progression stopped. One reason for missing therapies is an inaccurate and late diagnosis. On the way to insoluble protein deposits, soluble intermediates called oligomers form, which can already exist in early progression stages. Therefore, quantification of these oligomers presents a direct biomarker which can support both early diagnosis and the development of new therapies. While deposits of Tau protein are predominant in PSP, Amyloid beta (Aβ) as well as Tau deposits are markers of AD. In contrast, PD and DLB are characterized by the presence of Lewy bodies which are primarily composed of the protein alpha synuclein (αSyn). The sFIDA (surface-based fluorescence intensity distribution analysis) technology was developed for quantification of soluble oligomers of these proteins. This work aimed to further develop the technology with respect to detection in various body fluids including cerebrospinal fluid (CSF), blood plasma, or stool. Further attention was given to the simultaneous detection of two proteins in CSF and the optimization of calibration standards and quality controls such as recombinant aggregates. The developed assays were first tested regarding their analytical sensitivity and selectivity. Here, depending on the analytes and matrix, a low detection limit (atto- to femtomolar LOD) and no interference by matrix components like monomeric proteins or heterophilic antibodies was shown. Aggregates of recombinant protein were used as quality control, with a separate chapter focusing on the characterization of Aβ-aggregates. Following assay development, oligomer concentrations were determined in patient samples from the DELCODE cohort and others. CSF analyses revealed increased Aβ oligomer concentrations in CSF from patients with neuropathological AD in early stages of the disease, such as mild cognitive impairment (MCI) and subjective cognitive decline (SCD), whereas Tau oligomer concentrations were not altered dependent on progression stages. In contrast, plasma Aβ oligomer concentrations in AD patients were reduced compared to control samples. Considering amyloid pathology, genetic risk factors, and correlation analyses between CSF and plasma, impaired clearance of oligomers may explain lower concentrations in plasma. Measurable oligomer concentrations were also found in the stool samples of patients, with AD patients showing increased concentrations compared to healthy controls. In addition, an effect of the anti-oligomeric compound RD2 was found on Tau, but not Aβ oligomer concentrations in CSF from treated dogs. αSyn oligomer concentrations in CSF were increased for the synucleinopathies PD and DLB with DLB showing increased Tau oligomer concentrations in CSF as well. In contrast, fecal αSyn oligomer concentrations were elevated in patients with idiopathic REM sleep behavior disorder (iRBD), a precursor of PD, but not in PD patients themselves. This work further developed the sFIDA technology and demonstrated that the technology can sensitively and selectively detect oligomers of various proteins in different body fluids. Furthermore, the relevance of protein oligomers for both diagnosis and development of therapies as well as for the study of the pathology of neurodegenerative diseases, especially in CSF, was demonstrated. More in-depth image analysis, replacement or addition of antibodies, and measurement of longitudinal samples and samples from the same patients in different matrices represent possible future projects. These projects may contribute to the understanding of the measured oligomer concentrations in different body fluids and diseases and help to specifically optimize the methods.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Physikalische Biologie
Dokument erstellt am:	11.07.2024
Dateien geändert am:	11.07.2024
Promotionsantrag am:	14.09.2023
Datum der Promotion:	26.03.2024