Arun Alṣheimer (AD) ko ni awọn ami-ara amuaradagba ti o ṣe afihan ọpọlọpọ awọn pathophysiology ti o wa labẹ rẹ, idilọwọ ilọsiwaju ti iwadii aisan ati itọju. Nibi, a lo awọn proteomics okeerẹ lati ṣe idanimọ awọn ami-ara ti iṣan cerebrospinal (CSF) ti o ṣe aṣoju titobi pupọ ti AD pathophysiology. Iwoye ibi-pupọ pupọ ṣe idanimọ isunmọ 3,500 ati isunmọ awọn ọlọjẹ 12,000 ni AD CSF ati ọpọlọ, ni atele. Iwadii nẹtiwọọki ti ọpọlọ proteome ṣe ipinnu awọn modulu ipinsiyeleyele 44, 15 eyiti o bori pẹlu proteome ito cerebrospinal. Awọn asami CSF AD ninu awọn modulu agbekọja wọnyi ni a ṣe pọ si awọn ẹgbẹ amuaradagba marun, ti o nsoju awọn ilana ilana pathophysiological oriṣiriṣi. Awọn synapses ati awọn metabolites ninu ọpọlọ AD dinku, ṣugbọn CSF n pọ si, lakoko ti myelination-ọlọrọ glial ati awọn ẹgbẹ ajẹsara ninu ọpọlọ ati CSF pọ si. Aitasera ati pato arun ti awọn iyipada nronu ni a timo ni diẹ sii ju awọn ayẹwo CSF afikun 500. Awọn ẹgbẹ wọnyi tun ṣe idanimọ awọn ẹgbẹ abẹlẹ ti ibi ni asymptomatic AD. Iwoye, awọn abajade wọnyi jẹ igbesẹ ti o ni ileri si awọn irinṣẹ biomarker orisun wẹẹbu fun awọn ohun elo ile-iwosan ni AD.
Arun Alusaima (AD) jẹ idi ti o wọpọ julọ ti iyawere neurodegenerative ni agbaye ati pe o jẹ ifihan nipasẹ ọpọlọpọ awọn aiṣedeede eto ti ibi, pẹlu gbigbe synapti, ajẹsara glial-mediated, ati iṣelọpọ mitochondrial (1-3). Bibẹẹkọ, awọn ami-ara amuaradagba ti iṣeto rẹ tun dojukọ lori wiwa amyloid ati amuaradagba tau, ati nitorinaa ko le ṣe afihan oriṣiriṣi pathophysiology yii. Awọn ami-ara amuaradagba “mojuto” wọnyi ti o ni igbẹkẹle ti o ni igbẹkẹle julọ ni ito cerebrospinal (CSF) pẹlu (i) amyloid beta peptide 1-42 (Aβ1-42), eyiti o ṣe afihan iṣelọpọ ti awọn ami amyloid cortical; (ii) lapapọ tau, ami ti axon degeneration; (iii) phospho-tau (p-tau), aṣoju ti pathological tau hyperphosphorylation (4-7). Botilẹjẹpe awọn ami biomarkers cerebrospinal omi cerebrospinal wọnyi ti ṣe iranlọwọ pupọ wiwa wiwa wa ti “ti samisi” awọn arun amuaradagba AD (4-7), wọn jẹ aṣoju apakan kekere ti isedale eka lẹhin arun na.
Aisi oniruuru pathophysiological ti awọn alamọ-ara AD ti yori si ọpọlọpọ awọn italaya, pẹlu (i) ailagbara lati ṣe idanimọ ati ṣe iwọn awọn iyatọ ti ẹda ti awọn alaisan AD, (ii) wiwọn aipe ti buru ati ilọsiwaju arun, paapaa ni ipele iṣaaju, Ati ( iii) idagbasoke ti awọn oogun oogun ti o kuna lati yanju patapata gbogbo awọn ẹya ti ibajẹ iṣan. Igbẹkẹle wa lori imọ-jinlẹ ala-ilẹ lati ṣapejuwe AD lati awọn arun ti o jọmọ nikan mu awọn iṣoro wọnyi buru si. Awọn ẹri diẹ sii ati siwaju sii fihan pe ọpọlọpọ awọn arugbo ti o ni iyawere ni diẹ ẹ sii ju awọn ẹya-ara ti iṣan ti idinku imọ (8). Bi ọpọlọpọ bi 90% tabi diẹ ẹ sii ti awọn ẹni-kọọkan pẹlu AD pathology tun ni arun ti iṣan, TDP-43 inclusions, tabi awọn arun degenerative miiran (9). Awọn ipin giga wọnyi ti agbekọja pathological ti ṣe idalọwọduro ilana ilana iwadii lọwọlọwọ wa fun iyawere, ati pe a nilo itumọ pathophysiological diẹ sii ti arun na.
Ni wiwo iwulo iyara fun ọpọlọpọ awọn ami-ara AD biomarkers, aaye naa n pọ si ni gbigba ọna “omics” ti o da lori eto gbogbogbo lati ṣawari awọn alamọ-ara. Accelerated Pharmaceutical Partnership (AMP) -AD Alliance ti ṣe ifilọlẹ ni ọdun 2014 ati pe o wa ni iwaju ti eto naa. Igbiyanju multidisciplinary yii nipasẹ Awọn ile-iṣẹ Ilera ti Orilẹ-ede, ile-ẹkọ giga, ati ile-iṣẹ ni ifọkansi lati lo awọn ilana ti o da lori eto lati ṣalaye dara julọ pathophysiology ti AD ati idagbasoke itupalẹ iwadii ipinsiyeleyele ati awọn ilana itọju (10). Gẹgẹbi apakan ti iṣẹ akanṣe yii, awọn proteomics nẹtiwọọki ti di ohun elo ti o ni ileri fun ilosiwaju ti awọn alamọ-ara ti o da lori eto ni AD. Ọna ti a ṣe idari data aiṣojuuṣe yii ṣeto awọn eto data proteomics eka sinu awọn ẹgbẹ tabi “awọn modulu” ti awọn ọlọjẹ ti a fi han ti o ni nkan ṣe pẹlu awọn iru sẹẹli kan pato, awọn ẹya ara, ati awọn iṣẹ ibi (11-13). O fẹrẹ to awọn iwadii imọ-jinlẹ nẹtiwọọki ọlọrọ alaye 12 ni a ti ṣe lori ọpọlọ AD (13-23). Lapapọ, awọn itupale wọnyi tọka pe proteome nẹtiwọọki ọpọlọ AD n ṣetọju agbari apọjuwọn ti o ni aabo pupọ ni awọn ẹgbẹ olominira ati awọn agbegbe cortical pupọ. Ni afikun, diẹ ninu awọn modulu wọnyi ṣe afihan awọn ayipada atunwi ni opo ti o ni ibatan AD kọja awọn eto data, ti n ṣe afihan pathophysiology ti awọn arun pupọ. Ni apapọ, awọn awari wọnyi ṣe afihan aaye oran ti o ni ileri fun wiwa ti proteome nẹtiwọọki ọpọlọ bi alamọ-ara ti o da lori eto ni AD.
Lati le yi proteome nẹtiwọọki ọpọlọ AD pada si awọn ami-ara ti o da lori eto ilera ti ile-iwosan, a ṣe idapo nẹtiwọọki ti a mu ni ọpọlọ pẹlu itupalẹ proteomic ti AD CSF. Ọna iṣọpọ yii yori si idanimọ ti awọn eto marun ti o ni ileri ti CSF biomarkers ti o ni nkan ṣe pẹlu titobi pupọ ti ọpọlọ ti o da lori ọpọlọ, pẹlu synapses, awọn ohun elo ẹjẹ, myelination, igbona, ati ailagbara ti awọn ipa ọna iṣelọpọ. A ṣaṣeyọri awọn panẹli biomarker wọnyi ni aṣeyọri nipasẹ awọn itupalẹ isọdọtun pupọ, pẹlu diẹ sii ju awọn ayẹwo CSF 500 lati ọpọlọpọ awọn arun neurodegenerative. Awọn itupalẹ afọwọsi wọnyi pẹlu ayẹwo awọn ibi-afẹde ẹgbẹ ni CSF ti awọn alaisan ti o ni asymptomatic AD (AsymAD) tabi fifihan ẹri ti ikojọpọ amyloid ajeji ni agbegbe oye deede. Awọn itupale wọnyi ṣe afihan isọpọ-ọrọ ti ẹda ti o ṣe pataki ninu olugbe AsymAD ati ṣe idanimọ awọn asami nronu ti o le ni anfani lati ṣe ipin awọn eniyan kọọkan ni awọn ipele ibẹrẹ ti arun na. Iwoye, awọn abajade wọnyi jẹ aṣoju igbesẹ pataki kan ninu idagbasoke awọn irinṣẹ biomarker amuaradagba ti o da lori awọn ọna ṣiṣe pupọ ti o le ṣe aṣeyọri yanju ọpọlọpọ awọn italaya ile-iwosan ti o dojukọ AD.
Idi akọkọ ti iwadii yii ni lati ṣe idanimọ awọn ami biomarkers cerebrospinal tuntun ti o ṣe afihan ọpọlọpọ awọn pathophysiology ti ọpọlọ ti o yori si AD. Nọmba S1 ṣe ilana ilana iwadi wa, eyiti o pẹlu (i) itupalẹ okeerẹ nipasẹ awọn awari alakoko ti AD CSF ati proteome ọpọlọ nẹtiwọọki lati ṣe idanimọ ọpọlọ ti o ni ibatan si CSF biomarkers, ati (ii) isọdọtun ti o tẹle Awọn ami-ara biomarkers wa ni ọpọlọpọ awọn cerebrospinal ominira ominira. awọn akojọpọ omi. Iwadii-iṣawari-iṣawari bẹrẹ pẹlu itupalẹ ti ikosile iyatọ ti CSF ni awọn eniyan 20 ni oye deede ati awọn alaisan 20 AD ni Ile-iṣẹ Iwadi Arun Arun Emory Goizueta Alzheimer (ADRC). Ayẹwo ti AD jẹ asọye bi ailagbara oye pataki ni iwaju Aβ1-42 kekere ati awọn ipele ti o ga ti lapapọ tau ati p-tau ninu omi cerebrospinal [Itumọ Ayẹwo Imọmọ Montreal (MoCA), 13.8 ± 7.0] [ELISA (ELISA) )]] (Tabili S1A). Iṣakoso (tumọ si MoCA, 26.7 ± 2.2) ni awọn ipele deede ti CSF biomarkers.
CSF eniyan jẹ ijuwe nipasẹ iwọn agbara ti opo amuaradagba, ninu eyiti albumin ati awọn ọlọjẹ lọpọlọpọ lọpọlọpọ le ṣe idiwọ wiwa awọn ọlọjẹ ti iwulo (24). Lati mu ijinle wiwa amuaradagba pọ si, a yọkuro 14 akọkọ awọn ọlọjẹ lọpọlọpọ lati inu ayẹwo CSF kọọkan ṣaaju itupalẹ ibi-iwoye (MS) (24). Apapọ awọn peptides 39,805 jẹ idanimọ nipasẹ MS, eyiti a ya aworan si awọn proteomes 3691 ni awọn apẹẹrẹ 40. Isọdiwọn amuaradagba jẹ ṣiṣe nipasẹ isamisi ọpọ tandem mass (TMT) (18, 25). Lati le yanju data ti o padanu, a ṣafikun awọn ọlọjẹ wọnyẹn nikan ti a ṣe iwọn ni o kere ju 50% ti awọn ayẹwo ni itupalẹ atẹle, nitorinaa nipari ṣe iwọn awọn proteome 2875. Nitori iyatọ nla ni awọn ipele opo ti amuaradagba lapapọ, ayẹwo iṣakoso ni iṣiro ni iṣiro bi atako (13) ati pe ko si ninu itupalẹ ti o tẹle. Awọn iye lọpọlọpọ ti awọn ayẹwo 39 ti o ku ni a ṣatunṣe ni ibamu si ọjọ-ori, akọ-abo, ati idapọ ipele (13-15, 17, 18, 20, 26).
Lilo iṣiro t-igbeyewo iṣiro lati ṣe iṣiro ikosile iyatọ lori ipilẹ data isọdọtun, itupalẹ yii ṣe idanimọ awọn ọlọjẹ ti awọn ipele lọpọlọpọ ti yipada ni pataki (P <0.05) laarin iṣakoso ati awọn ọran AD (Table S2A). Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 1A, opo ti apapọ awọn ọlọjẹ 225 ni AD ti dinku ni pataki, ati pe opo ti awọn ọlọjẹ 303 ti pọ si ni pataki. Awọn ọlọjẹ ti a sọ ni iyatọ pẹlu ọpọlọpọ awọn ami ifamisi cerebrospinal AD ti a ti mọ tẹlẹ, gẹgẹbi amuaradagba ti o ni ibatan microtubule (MAPT; P = 3.52 × 10-8), neurofilament (NEFL; P = 6.56 × 10-3), Protein ti o ni ibatan si idagbasoke 43 (GAP43; P = 1.46 × 10-5), Fatty Acid Binding Protein 3 (FABP3; P = 2.00 × 10-5), Chitinase 3 bi 1 (CHI3L1; P = 4.44 × 10-6), Neural Granulin (NRGN; P = 3.43 × 10-4) ati VGF idagbasoke ti iṣan ara (VGF; P = 4.83 × 10-3) (4-6). Bibẹẹkọ, a tun ṣe idanimọ awọn ibi-afẹde miiran ti o ṣe pataki pupọ, gẹgẹbi inhibitor dissociation GDP 1 (GDI1; P = 1.54 × 10-10) ati SPARC modular calcium binding 1 (SMOC1; P = 6.93 × 10-9) . Itupalẹ Gene Ontology (GO) ti 225 ni pataki dinku awọn ọlọjẹ ṣafihan awọn asopọ isunmọ pẹlu awọn ilana ito ara gẹgẹbi iṣelọpọ sitẹriọdu, iṣọn ẹjẹ ẹjẹ, ati iṣẹ ṣiṣe homonu (Nọmba 1B ati Table S2B). Ni idakeji, amuaradagba ti o pọ si ni pataki ti 303 ni ibatan pẹkipẹki si eto sẹẹli ati iṣelọpọ agbara.
(A) Idite onina fihan iyipada agbo log2 (x-axis) ni ibatan si -log10 iṣiro P iye (y-axis) ti a gba nipasẹ t-idanwo, eyiti o lo lati rii ikosile iyatọ laarin iṣakoso (CT) ati Awọn ọran AD ti proteome CSF Ninu gbogbo awọn ọlọjẹ. Awọn ọlọjẹ pẹlu awọn ipele ti o dinku pupọ (P <0.05) ni AD ni a fihan ni buluu, lakoko ti awọn ọlọjẹ pẹlu awọn ipele ti o pọ si pupọ ninu arun ni a fihan ni pupa. Awọn amuaradagba ti o yan jẹ aami. (B) Awọn ọrọ GO oke ti o ni ibatan si amuaradagba ti dinku pupọ (bulu) ati pọ si (pupa) ni AD. Ṣe afihan awọn ofin GO mẹta pẹlu awọn iwọn z-giga julọ ni awọn aaye ti awọn ilana ti ibi, awọn iṣẹ molikula, ati awọn paati cellular. (C) MS ti wọn ipele MAPT ni ayẹwo CSF (osi) ati ibamu pẹlu ipele ELISA tau ayẹwo (ọtun). Olusọdipúpọ ibamu Pearson pẹlu iye P ti o yẹ jẹ afihan. Nitori aini data ELISA fun ọran AD kan, awọn isiro wọnyi pẹlu awọn iye fun 38 ti awọn ọran atupale 39. (D) Ayẹwo iṣupọ ti iṣakoso (P <0.0001, Benjamini-Hochberg (BH) ti a ṣe atunṣe P <0.01) lori iṣakoso ati AD CSF ri awọn ayẹwo ni lilo 65 awọn ọlọjẹ ti o yipada ni pataki julọ ninu eto data. Ṣe deede, ṣe deede.
Ipele amuaradagba ti MAPT ni ibatan pẹkipẹki si iwọn ELISA tau ti ominira (r = 0.78, P = 7.8 × 10-9; Nọmba 1C), n ṣe atilẹyin iwulo ti wiwọn MS wa. Lẹhin tito nkan lẹsẹsẹ trypsin ni ipele ti amuaradagba amyloid precursor (APP), awọn peptides isoform-pato ti ya aworan si C-terminus ti Aβ1-40 ati Aβ1-42 ko le ṣe ionized daradara (27, 28). Nitorinaa, awọn peptides APP ti a mọ ko ni nkankan lati ṣe pẹlu awọn ipele ELISA Aβ1-42. Lati le ṣe iṣiro ikosile iyatọ ti ọran kọọkan, a lo awọn ọlọjẹ ti o ni iyatọ pẹlu P <0.0001 [oṣuwọn wiwa eke (FDR) ṣe atunṣe P <0.01] lati ṣe iṣeduro iṣupọ iṣakoso ti awọn ayẹwo (Table S2A). Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 1D, awọn ọlọjẹ 65 ti o ṣe pataki pupọ le ṣe akopọ awọn ayẹwo ni deede ni ibamu si ipo arun, ayafi fun ọran AD kan pẹlu awọn abuda-bi iṣakoso. Ninu awọn ọlọjẹ 65 wọnyi, 63 pọ si ni AD, lakoko ti meji nikan (CD74 ati ISLR) dinku. Lapapọ, awọn itupale omi cerebrospinal wọnyi ti ṣe idanimọ awọn ọgọọgọrun awọn ọlọjẹ ni AD ti o le ṣiṣẹ bi awọn alamọdaju arun.
Lẹhinna a ṣe itupalẹ nẹtiwọọki ominira ti proteome ọpọlọ AD. Ẹgbẹ ọpọlọ ti iṣawari yii pẹlu dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) lati iṣakoso (n = 10), Arun Parkinson (PD; n = 10), adalu AD/PD (n = 10) ati AD (n = 10). ) Apeere. Emery Goizueta ADRC. Awọn iṣiro ti awọn ọran 40 wọnyi ni a ti ṣapejuwe tẹlẹ (25) ati pe a ṣe akopọ ni Tabili S1B. A lo TMT-MS lati ṣe itupalẹ awọn iṣan ọpọlọ 40 wọnyi ati ẹgbẹ ẹda ti awọn ọran 27. Ni apapọ, awọn eto data ọpọlọ meji wọnyi ṣe agbejade awọn peptides alailẹgbẹ 227,121, eyiti a ya aworan si awọn ọlọjẹ 12,943 (25). Awọn ọlọjẹ nikan ti a ṣe iwọn ni o kere ju 50% awọn ọran ni o wa ninu awọn iwadii atẹle. Eto data wiwa ti o kẹhin ni awọn ọlọjẹ ti o ni iwọn 8817 ni. Ṣatunṣe awọn ipele opo ti amuaradagba ti o da lori ọjọ-ori, akọ-abo, ati aarin-iku lẹhin iku (PMI). Iṣiro ikosile iyatọ ti data ti a ṣeto lẹhin igbasilẹ ti o fihan pe> 2000 awọn ipele amuaradagba ti yipada ni pataki [P <0.05, onínọmbà ti iyatọ (ANOVA)] ni awọn iṣọn-aisan meji tabi diẹ sii. Lẹhinna, a ṣe iṣeduro iṣupọ ti iṣakoso ti o da lori awọn ọlọjẹ ti o yatọ, ati P <0.0001 ni AD / iṣakoso ati / tabi AD / PD awọn afiwera (Figure S2, A ati B, Table S2C). Awọn ọlọjẹ 165 ti o yipada pupọ ṣe afihan awọn ọran ni kedere pẹlu Ẹkọ aisan ara AD lati iṣakoso ati awọn ayẹwo PD, ti n jẹrisi awọn ayipada pataki AD ti o lagbara ni gbogbo proteome.
Lẹhinna a lo algoridimu kan ti a pe ni Itupalẹ Nẹtiwọọki Nẹtiwọọki Isọsọ Gene Weighted (WGCNA) lati ṣe itupalẹ nẹtiwọọki lori proteome ọpọlọ ti a ṣe awari, eyiti o ṣeto data ti a ṣeto sinu awọn modulu amuaradagba pẹlu awọn ilana ikosile ti o jọra (11-13). Onínọmbà ṣe idanimọ awọn modulu 44 (M) awọn ọlọjẹ ti o ṣafihan, tito lẹsẹsẹ ati nọmba lati awọn ọlọjẹ ti o tobi julọ (M1, n = 1821) si ti o kere julọ (M44, n = awọn ọlọjẹ 34) (Figure 2A ati Table S2D) ). Gẹgẹbi a ti sọ loke (13) Ṣe iṣiro profaili ikosile aṣoju tabi amuaradagba abuda ti module kọọkan, ki o ṣe ibamu pẹlu ipo arun naa ati Ẹkọ aisan ara AD, iyẹn ni, ṣe agbekalẹ ajọṣepọ ti Iforukọsilẹ Arun Alzheimer (CERAD) ati Braak Score (Figure 2B). Iwoye, awọn modulu 17 jẹ pataki ti o ni ibatan si AD neuropathology (P <0.05). Pupọ ninu awọn modulu ti o ni ibatan arun yii tun jẹ ọlọrọ ni awọn ami-ami pato iru sẹẹli (Figure 2B). Gẹgẹbi a ti mẹnuba loke (13), imudara iru sẹẹli jẹ ipinnu nipasẹ ṣiṣe ayẹwo agbekọja module ati atokọ itọkasi ti awọn jiini iru-pato sẹẹli. Awọn jiini wọnyi jẹ yo lati inu data ti a tẹjade ni awọn neuronu asin ti o ya sọtọ, endothelial ati awọn sẹẹli glial. RNA lesese (RNA-seq) ṣàdánwò (29).
(A) Ṣawari WGCNA ti ọpọlọ proteome. (B) Itupalẹ agbedemeji iwuwo BiCor (BiCor) ti amuaradagba Ibuwọlu modular (apakan pataki akọkọ ti ikosile amuaradagba modular) pẹlu awọn abuda neuropathological AD (oke), pẹlu CERAD (Aβ plaque) ati awọn ikun Braak (tau tangles). Awọn kikankikan ti awọn ibamu rere (pupa) ati odi (bulu) jẹ afihan nipasẹ maapu ooru awọ meji, ati awọn asterisks tọkasi pataki iṣiro (P <0.05). Lo Idanwo Gangan Fisher Hypergeometric (FET) (isalẹ) lati ṣe ayẹwo ẹgbẹ iru sẹẹli ti module amuaradagba kọọkan. Awọn kikankikan ti awọn pupa shading tọkasi awọn ìyí ti cell iru imudara, ati awọn aami akiyesi tọkasi awọn iṣiro pataki (P <0.05). Lo ọna BH lati ṣe atunṣe iye P ti o wa lati FET. (C) GO igbekale ti awọn ọlọjẹ apọjuwọn. Awọn ilana ti ibi ti o ni ibatan julọ ni a fihan fun module kọọkan tabi ẹgbẹ module ti o ni ibatan. oligo, oligodendrocyte.
Eto ti astrocyte marun ti o ni ibatan pẹkipẹki ati awọn modulu ọlọrọ microglia (M30, M29, M18, M24, ati M5) ṣe afihan ibaramu rere to lagbara pẹlu neuropathology AD (Figure 2B). Itupalẹ Ontology ṣe asopọ awọn modulu glial wọnyi pẹlu idagba sẹẹli, afikun, ati ajesara (Aworan 2C ati Tabili S2E). Awọn modulu glial meji ni afikun, M8 ati M22, tun jẹ iṣeduro ni agbara ni arun. M8 ni ibatan pupọ si ọna ọna olugba Toll-like, kasikedi ami ifihan ti o ṣe ipa bọtini kan ninu esi ajẹsara innate (30). Ni akoko kanna, M22 ni ibatan pẹkipẹki si iyipada lẹhin-itumọ. M2, eyiti o jẹ ọlọrọ ni oligodendrocytes, ṣe afihan ibaramu rere ti o lagbara pẹlu Ẹkọ-ara AD ati asopọ ontological pẹlu iṣelọpọ nucleoside ati ẹda DNA, ti o nfihan imudara ilọsiwaju sẹẹli ninu awọn arun. Lapapọ, awọn awari wọnyi ṣe atilẹyin igbega ti awọn modulu glial ti a ti ṣakiyesi tẹlẹ ninu proteome nẹtiwọki AD (13, 17). Lọwọlọwọ o rii pe ọpọlọpọ awọn modulu glial ti o ni ibatan AD ni nẹtiwọọki n ṣafihan awọn ipele ikosile kekere ni iṣakoso ati awọn ọran PD, ti n ṣe afihan iyasọtọ arun wọn ti o ga ni AD (Figure S2C).
Awọn modulu mẹrin nikan ni proteome nẹtiwọọki wa (M1, M3, M10, ati M32) ni aibalẹ ni ilodi si pẹlu AD pathology (P <0.05) (Aworan 2, B ati C). Mejeeji M1 ati M3 jẹ ọlọrọ ni awọn asami neuronal. M1 ni ibatan pupọ si awọn ifihan agbara synapti, lakoko ti M3 ni ibatan pẹkipẹki si iṣẹ mitochondrial. Ko si ẹri ti imudara iru sẹẹli fun M10 ati M32. M32 ṣe afihan asopọ laarin M3 ati iṣelọpọ sẹẹli, lakoko ti M10 jẹ ibatan pupọ si idagbasoke sẹẹli ati iṣẹ microtubule. Ti a bawe pẹlu AD, gbogbo awọn modulu mẹrin ti pọ si ni iṣakoso ati PD, fifun wọn ni awọn iyipada AD kan-aisan (Figure S2C). Lapapọ, awọn abajade wọnyi ṣe atilẹyin idinku opo ti awọn modulu ọlọrọ neuron ti a ti ṣakiyesi tẹlẹ ni AD (13, 17). Ni akojọpọ, itupalẹ nẹtiwọọki ti proteome ọpọlọ ti a ṣe awari ṣe agbekalẹ awọn modulu ti o yipada ni pato AD ni ibamu pẹlu awọn awari wa tẹlẹ.
AD jẹ ijuwe nipasẹ ipele asymptomatic kutukutu (AsymAD), ninu eyiti awọn ẹni-kọọkan ṣe afihan ikojọpọ amyloid laisi idinku imọ ile-iwosan (5, 31). Ipele asymptomatic yii ṣe aṣoju ferese to ṣe pataki fun wiwa ni kutukutu ati idasi. A ti ṣe afihan iṣaju iṣaju apọjuwọn to lagbara ti AsymAD ati AD ọpọlọ proteome kọja awọn eto data ominira (13, 17). Lati le rii daju pe nẹtiwọọki ọpọlọ ti a ṣe awari lọwọlọwọ wa ni ibamu pẹlu awọn awari iṣaaju wọnyi, a ṣe atupale itọju ti awọn modulu 44 ninu ṣeto data ti a tunṣe lati awọn ẹgbẹ 27 DLPFC. Awọn ajo wọnyi pẹlu iṣakoso (n = 10), AsymAD (n = 8) Ati AD (n = 9). Iṣakoso ati awọn ayẹwo AD ni o wa ninu itupalẹ ti iṣọpọ ọpọlọ wiwa wa (Table S1B), lakoko ti awọn ọran AsymAD jẹ alailẹgbẹ nikan ni ẹgbẹ ẹda. Awọn ọran AsymAD wọnyi tun wa lati banki ọpọlọ Emory Goizueta ADRC. Botilẹjẹpe imọ-jinlẹ jẹ deede ni akoko iku, awọn ipele amyloid ga ni aiṣedeede (tumọ CERAD, 2.8 ± 0.5) (Table S1B).
Itupalẹ TMT-MS ti awọn iṣan ọpọlọ 27 yorisi ni titobi ti awọn ọlọjẹ 11,244. Iwọn ikẹhin yii pẹlu awọn ọlọjẹ wọnyẹn ti a ṣe iwọn ni o kere ju 50% ti awọn ayẹwo. Eto data ti a tun ṣe ni 8638 (98.0%) ti awọn ọlọjẹ 8817 ti a rii ninu itupalẹ ọpọlọ wiwa wa, ati pe o fẹrẹ to 3000 ni pataki ti yi awọn ọlọjẹ pada laarin iṣakoso ati awọn ẹgbẹ AD (P <0.05, lẹhin idanwo t ti Tukey's paired fun itupalẹ iyatọ) Tabili S2F). Lara awọn ọlọjẹ ti o ni iyatọ ti o yatọ, 910 tun ṣe afihan awọn iyipada ipele pataki laarin AD ati awọn ọran iṣakoso proteome ọpọlọ (P <0.05, lẹhin ANOVA Tukey so pọ t-idanwo). O tọ lati ṣe akiyesi pe awọn ami-ami 910 wọnyi ni ibamu pupọ ni itọsọna iyipada laarin awọn proteomes (r = 0.94, P <1.0 × 10-200) (Figure S3A). Lara awọn ọlọjẹ ti o pọ si, awọn ọlọjẹ pẹlu awọn ayipada deede julọ laarin awọn eto data jẹ awọn ọmọ ẹgbẹ ti glial-rich M5 ati awọn modulu M18 (MDK, COL25A1, MAPT, NTN1, SMOC1, ati GFAP). Lara awọn ọlọjẹ ti o dinku, awọn ti o ni awọn iyipada deede julọ jẹ awọn ọmọ ẹgbẹ iyasọtọ ti module M1 (NPTX2, VGF, ati RPH3A) ti o ni nkan ṣe pẹlu synapse. A tun rii daju awọn iyipada ti o ni ibatan AD ti midkine (MDK), CD44, amuaradagba ti o ni ibatan frizzled 1 (SFRP1) ati VGF nipasẹ didi oorun (Figure S3B). Onínọmbà titọju module fihan pe nipa 80% ti awọn modulu amuaradagba (34/44) ninu proteome ọpọlọ ni a fipamọ ni pataki ni ipilẹ data ẹda (z-score> 1.96, FDR ṣe atunṣe P <0.05) (Figure S3C). Mẹrinla ninu awọn modulu wọnyi ni a fi pamọ ni pataki laarin awọn proteomes meji (z-score> 10, FDR ṣe atunṣe P <1.0 × 10-23). Iwoye, wiwa ati ẹda ti iwọn giga ti aitasera ni ikosile iyatọ ati akojọpọ modular laarin proteome ọpọlọ ṣe afihan atunṣe ti awọn iyipada ninu awọn ọlọjẹ kotesi iwaju AD. Ni afikun, o tun jẹrisi pe AsymAD ati awọn aarun ilọsiwaju diẹ sii ni eto nẹtiwọọki ọpọlọ ti o jọra pupọ.
Itupalẹ alaye diẹ sii ti ikosile iyatọ ninu eto isọdọtun ọpọlọ ṣe afihan iwọn pataki ti awọn ayipada amuaradagba AsymAD, pẹlu apapọ 151 ti yipada awọn ọlọjẹ laarin AsymAD ati iṣakoso (P <0.05) (Figure S3D). Ni ibamu pẹlu ẹru amyloid, APP ninu ọpọlọ ti AsymAD ati AD pọ si ni pataki. MAPT nikan yipada ni pataki ni AD, eyiti o ni ibamu pẹlu awọn ipele ti o pọ si ti awọn tangles ati ibamu ti a mọ pẹlu idinku imọ (5, 7). Awọn modulu glial-ọlọrọ (M5 ati M18) jẹ afihan pupọ ninu awọn ọlọjẹ ti o pọ si ni AsymAD, lakoko ti module M1 ti o ni ibatan neuron jẹ aṣoju julọ ti awọn ọlọjẹ ti o dinku ni AsymAD. Pupọ ninu awọn asami AsymAD wọnyi ṣe afihan awọn ayipada nla ni awọn arun aisan. Lara awọn asami wọnyi ni SMOC1, amuaradagba glial ti o jẹ ti M18, eyiti o ni nkan ṣe pẹlu awọn èèmọ ọpọlọ ati idagbasoke awọn oju ati awọn ẹsẹ (32). MDK jẹ ifosiwewe idagbasoke heparin-abuda ti o ni ibatan si idagbasoke sẹẹli ati angiogenesis (33), ọmọ ẹgbẹ miiran ti M18. Ti a bawe pẹlu ẹgbẹ iṣakoso, AsymAD pọ si ni pataki, atẹle nipa ilosoke nla ni AD. Ni idakeji, amuaradagba synapti neuropentraxin 2 (NPTX2) ti dinku ni pataki ni ọpọlọ AsymAD. NPTX2 ti ni nkan ṣe tẹlẹ pẹlu neurodegeneration ati pe o ni ipa ti a mọ ni sisọ awọn synapses excitatory (34). Lapapọ, awọn abajade wọnyi ṣafihan ọpọlọpọ awọn iyipada amuaradagba preclinical ti o yatọ ni AD ti o dabi ẹni pe o ni ilọsiwaju pẹlu biba arun na.
Ni fifunni pe a ti ṣaṣeyọri ijinle pataki ti agbegbe amuaradagba ni wiwa ti proteome ọpọlọ, a ngbiyanju lati ni oye diẹ sii ni kikun ni lqkan rẹ pẹlu ipele-nẹtiwọọki AD transcriptome. Nitorinaa, a ṣe afiwe proteome ọpọlọ ti a ṣe awari pẹlu module ti a ti ipilẹṣẹ tẹlẹ lati wiwọn microarray ti awọn jiini 18,204 ni AD (n = 308) ati iṣakoso (n = 157) DLPFC tissues (13). agbekọja. Ni apapọ, a ṣe idanimọ awọn modulu RNA oriṣiriṣi 20, ọpọlọpọ eyiti o ṣe afihan imudara ti awọn iru sẹẹli kan pato, pẹlu awọn neurons, oligodendrocytes, astrocytes, ati microglia (Figure 3A). Awọn iyipada pupọ ti awọn modulu wọnyi ni AD ni a fihan ni Figure 3B. Ni ibamu pẹlu itupalẹ agbekọja amuaradagba-RNA wa ti tẹlẹ nipa lilo MS proteome ti ko ni aami ti o jinlẹ (nipa awọn ọlọjẹ 3000) (13), pupọ julọ awọn modulu 44 ninu nẹtiwọọki proteome ọpọlọ ti a rii wa ninu nẹtiwọọki transscriptome Ko si ni lqkan pataki ninu. Paapaa ninu Awari ati ẹda wa ti awọn modulu amuaradagba 34 ti o wa ni idaduro pupọ ninu proteome ọpọlọ, nikan 14 (~ 40%) ti kọja idanwo ti Fisher gangan (FET) fihan pe o ni iṣiro ti o ṣe pataki ti iṣiro pẹlu transcriptome (Figure 3A) . Ni ibamu pẹlu atunṣe ibajẹ DNA (P-M25 ati P-M19), itumọ amuaradagba (P-M7 ati P-M20), RNA abuda / splicing (P-M16 ati P-M21) ati ifojusi amuaradagba (P-M13 ati P- M23) ko ni lqkan pẹlu awọn module ni transcriptome. Nitorinaa, botilẹjẹpe eto data proteome ti o jinlẹ ni a lo ninu itupalẹ agbekọja lọwọlọwọ (13), pupọ julọ proteome netiwọki AD ni a ko ya aworan si nẹtiwọọki transcriptome.
(A) Hypergeometric FET ṣe afihan imudara ti awọn ami-ami-kan pato sẹẹli ninu module RNA ti AD transcriptome (oke) ati iwọn ti agbekọja laarin awọn modulu RNA (x-axis) ati amuaradagba (y-axis) ti ọpọlọ AD. (isalẹ) . Awọn kikankikan ti awọn pupa shading tọkasi awọn ìyí ti imudara ti cell orisi ninu awọn oke nronu ati awọn kikankikan ti awọn ni lqkan ti awọn module ni isalẹ nronu. Asterisks tọkasi iṣiro iṣiro (P <0.05). (B) Iwọn ibamu laarin awọn jiini abuda ti module transcriptome kọọkan ati ipo AD. Awọn modulu ti o wa ni apa osi jẹ ibatan ti ko dara julọ pẹlu AD (buluu), ati pe awọn ti o wa ni apa ọtun ni o ni ibamu daradara julọ pẹlu AD (pupa). Iyipada-iyipada BH-atunṣe P iye tọkasi iwọn pataki iṣiro ti ibaramu kọọkan. (C) Awọn modulu agbekọja pataki pẹlu imudara iru sẹẹli ti a pin. (D) Atunyẹwo ibamu ti log2 agbo iyipada ti amuaradagba ti o ni aami (x-axis) ati RNA (y-axis) ninu module agbekọja. Olusọdipúpọ ibamu Pearson pẹlu iye P ti o yẹ jẹ afihan. Micro, microglia; awọn ara ọrun, awọn astrocytes. CT, iṣakoso.
Pupọ julọ amuaradagba agbekọja ati awọn modulu RNA pin iru iru sẹẹli ti o jọra awọn profaili imudara ati awọn itọsọna iyipada AD deede (Aworan 3, B ati C). Ni awọn ọrọ miiran, module M1 ti o ni ibatan synapse ti proteome ọpọlọ (PM1) jẹ ya aworan si awọn modulu RNA homologous homologous mẹta neuronal (R-M1, R-M9 ati R-M16), eyiti o wa ni AD Mejeeji fihan. ipele ti o dinku. Bakanna, glial-ọlọrọ M5 ati awọn modulu amuaradagba M18 ni lqkan pẹlu awọn modulu RNA ti o ni ọlọrọ ni awọn astrocytes ati awọn asami microglial (R-M3, R-M7, ati R-M10) ati pe wọn ni ipa pupọ ninu awọn arun Ilọsi. Awọn ẹya ara ẹrọ apọjuwọn pinpin laarin awọn eto data meji siwaju ṣe atilẹyin imudara iru sẹẹli ati awọn iyipada ti o jọmọ arun ti a ti ṣakiyesi ninu proteome ọpọlọ. Sibẹsibẹ, a ṣe akiyesi ọpọlọpọ awọn iyatọ pataki laarin RNA ati awọn ipele amuaradagba ti awọn asami kọọkan ninu awọn modulu pinpin wọnyi. Iṣiro ibamu ti ikosile iyatọ ti awọn proteomics ati awọn iwe-itumọ ti awọn ohun elo laarin awọn modulu agbekọja wọnyi (Nọmba 3D) ṣe afihan aiṣedeede yii. Fun apẹẹrẹ, APP ati ọpọlọpọ awọn ọlọjẹ module glial miiran (NTN1, MDK, COL25A1, ICAM1, ati SFRP1) ṣe afihan ilosoke pataki ninu proteome AD, ṣugbọn o fẹrẹ ko si iyipada ninu transscriptome AD. Awọn iyipada kan pato-amuaradagba le ni ibatan pẹkipẹki si awọn ami amyloid (23, 35), ti n ṣe afihan proteome gẹgẹbi orisun ti awọn iyipada pathological, ati pe awọn iyipada wọnyi le ma ṣe afihan ninu iwe-kikọ.
Lẹhin itupalẹ ominira ọpọlọ ati awọn ọlọjẹ CSF ti a ṣe awari, a ṣe itupalẹ kikun ti awọn eto data meji lati ṣe idanimọ awọn ami-ara AD CSF ti o ni ibatan si pathophysiology ti nẹtiwọọki ọpọlọ. A gbọdọ kọkọ sọ asọye agbekọja ti awọn ọlọjẹ meji naa. Botilẹjẹpe o gba jakejado pe CSF ṣe afihan awọn ayipada neurokemika ninu ọpọlọ AD (4), iwọn deede ti agbekọja laarin ọpọlọ AD ati proteome CSF ko ṣe akiyesi. Nipa ifiwera nọmba awọn ọja jiini ti a rii ni awọn proteome meji wa, a rii pe o fẹrẹ to 70% (n = 1936) ti awọn ọlọjẹ ti a damọ ninu omi cerebrospinal ni a tun ṣe iwọn ni ọpọlọ (Nọmba 4A). Pupọ julọ awọn ọlọjẹ agbekọja wọnyi (n = 1721) ni a ya aworan si ọkan ninu awọn modulu ikosile 44 lati inu data ọpọlọ wiwa (Nọmba 4B). Gẹgẹbi a ti ṣe yẹ, awọn modulu ọpọlọ mẹfa ti o tobi julọ (M1 si M6) ṣe afihan iye nla julọ ti agbekọja CSF. Sibẹsibẹ, awọn modulu ọpọlọ kekere wa (fun apẹẹrẹ, M15 ati M29) ti o ṣaṣeyọri iwọn giga lairotẹlẹ ti agbekọja, ti o tobi ju module ọpọlọ lọ lẹmeji iwọn rẹ. Eyi ṣe iwuri fun wa lati gba alaye diẹ sii, ọna ṣiṣe iṣiro lati ṣe iṣiro agbekọja laarin ọpọlọ ati omi cerebrospinal.
(A ati B) Awọn ọlọjẹ ti a rii ni ọpọlọ wiwa ati awọn ipilẹ data CSF ni lqkan. Pupọ julọ awọn ọlọjẹ agbekọja wọnyi ni nkan ṣe pẹlu ọkan ninu awọn modulu ikosile 44 ti nẹtiwọọki iṣọpọ ikosile ọpọlọ. (C) Ṣe afẹri ifapọ laarin proteome ito cerebrospinal ati proteome nẹtiwọki ọpọlọ. Oju ila kọọkan ti maapu ooru duro fun itupalẹ agbekọja lọtọ ti hypergeometric FET. Oju ila oke n ṣe afihan ifapọ (awọ-awọ/awọ dudu) laarin module ọpọlọ ati gbogbo proteome CSF. Laini keji ṣe afihan pe isọdọkan laarin awọn modulu ọpọlọ ati amuaradagba CSF (iboji ni pupa) jẹ ilana-ilana ni pataki ni AD (P <0.05). Ẹka kẹta fihan pe agbekọja laarin awọn modulu ọpọlọ ati amuaradagba CSF (shading buluu) jẹ ilana-isalẹ ni pataki ni AD (P <0.05). Lo ọna BH lati ṣe atunṣe iye P ti o wa lati FET. (D) nronu kika module ti o da lori iru asopọ sẹẹli ati awọn ofin GO ti o ni ibatan. Awọn panẹli wọnyi ni apapọ awọn ọlọjẹ ti o ni ibatan ọpọlọ 271, eyiti o ni ikosile iyatọ ti o nilari ninu proteome CSF.
Lilo awọn FET ti o ni ẹyọkan, a ṣe ayẹwo pataki ti agbekọja amuaradagba laarin proteome CSF ati awọn modulu ọpọlọ kọọkan. Onínọmbà fi han pe apapọ awọn modulu ọpọlọ 14 ninu eto data CSF ni awọn agbekọja iṣiro pataki ti iṣiro (FDR ti a ṣe atunṣe P <0.05), ati afikun module (M18) ti iṣipopada rẹ sunmọ pataki (FDR ṣatunṣe P = 0.06) (Figure 4C , oke ila). A tun nifẹ si awọn modulu ti o ni lqkan ni agbara pẹlu awọn ọlọjẹ CSF ti o yatọ. Nitorinaa, a lo awọn itupalẹ FET afikun meji lati pinnu eyiti (i) amuaradagba CSF ti pọ si ni pataki ni AD ati (ii) amuaradagba CSF dinku ni pataki ni AD (P <0.05, ti a so pọ t idanwo AD/Iṣakoso) Awọn modulu ọpọlọ pẹlu agbekọja ti o nilari. laarin wọn. Gẹgẹbi a ṣe han ni awọn ila aarin ati isalẹ ti Nọmba 4C, awọn itupalẹ afikun wọnyi fihan pe 8 ti awọn modulu ọpọlọ 44 ṣe pataki ni lqkan pẹlu amuaradagba ti a ṣafikun ni AD CSF (M12, M1, M2, M18, M5, M44, M33, ati M38) . ), lakoko ti awọn modulu meji nikan (M6 ati M15) ṣe afihan ifasilẹ ti o nilari pẹlu amuaradagba ti o dinku ni AD CSF. Gẹgẹbi a ti ṣe yẹ, gbogbo awọn modulu 10 wa ninu awọn modulu 15 pẹlu agbekọja ti o ga julọ pẹlu proteome CSF. Nitorinaa, a ro pe awọn modulu 15 wọnyi jẹ awọn orisun ikore giga ti awọn ami-ara CSF ti ọpọlọ AD.
A ṣe pọ awọn modulu agbekọja 15 wọnyi sinu awọn panẹli amuaradagba nla marun ti o da lori isunmọtosi wọn ni aworan igi WGCNA ati ajọṣepọ wọn pẹlu awọn iru sẹẹli ati ontology pupọ (Nọmba 4D). Panel akọkọ ni awọn modulu ọlọrọ ni awọn ami ami neuron ati awọn ọlọjẹ ti o ni ibatan synapse (M1 ati M12). Paneli synapti ni apapọ awọn ọlọjẹ 94, ati awọn ipele ti o wa ninu proteome CSF ti yipada ni pataki, ti o jẹ ki o jẹ orisun ti o tobi julọ ti awọn ami CSF ti o ni ibatan ọpọlọ laarin awọn panẹli marun. Ẹgbẹ keji (M6 ati M15) ṣe afihan asopọ isunmọ pẹlu awọn ami-ami sẹẹli endothelial ati ara ti iṣan, gẹgẹbi “iwosan ọgbẹ” (M6) ati “ilana ti idahun ajẹsara humoral” (M15). M15 tun jẹ ibatan pupọ si iṣelọpọ lipoprotein, eyiti o ni ibatan pẹkipẹki si endothelium (36). Panel ti iṣan ni awọn ami ami CSF 34 ti o ni ibatan si ọpọlọ. Ẹgbẹ kẹta pẹlu awọn modulu (M2 ati M4) ti o ni ibatan pataki si awọn ami ami oligodendrocyte ati afikun sẹẹli. Fun apẹẹrẹ, awọn ofin ontology ipele oke ti M2 pẹlu “ilana rere ti ẹda DNA” ati “ilana biosynthesis purine”. Nibayi, awọn ti M4 pẹlu “iyatọ sẹẹli glial” ati “ipinya chromosome”. Igbimọ myelination ni awọn ami ami CSF 49 ti o ni ibatan si ọpọlọ.
Ẹgbẹ kẹrin ni awọn modulu pupọ julọ (M30, M29, M18, M24, ati M5), ati pe gbogbo awọn modulu jẹ ọlọrọ ni pataki ni microglia ati awọn ami ami astrocyte. Iru si nronu myelination, nronu kẹrin tun ni awọn modulu (M30, M29, ati M18) ti o ni ibatan pẹkipẹki pẹlu afikun sẹẹli. Awọn modulu miiran ninu ẹgbẹ yii ni ibatan pupọ si awọn ofin ajẹsara, gẹgẹbi “ilana ipa ajẹsara” (M5) ati “ilana esi ajẹsara” (M24). Ẹgbẹ ajẹsara glial ni awọn ami ami CSF 42 ti o ni ibatan si ọpọlọ. Nikẹhin, igbimọ ti o kẹhin pẹlu awọn ami-ami ti o ni ibatan si ọpọlọ 52 lori awọn modulu mẹrin (M44, M3, M33, ati M38), gbogbo eyiti o wa lori ara ti o ni ibatan si ipamọ agbara ati iṣelọpọ agbara. Ti o tobi julọ ninu awọn modulu wọnyi (M3) jẹ ibatan pẹkipẹki si mitochondria ati pe o jẹ ọlọrọ ni awọn ami ami neuron-pato. M38 jẹ ọkan ninu awọn ọmọ ẹgbẹ module ti o kere julọ ni metabolome yii ati tun ṣe afihan iyasọtọ neuron dede.
Ni apapọ, awọn panẹli marun wọnyi ṣe afihan ọpọlọpọ awọn iru sẹẹli ati awọn iṣẹ ni kotesi AD, ati ni apapọ ni awọn ami CSF ti o ni ibatan ọpọlọ 271 (Table S2G). Lati le ṣe iṣiro iwulo ti awọn abajade MS wọnyi, a lo idanwo isunmọ isunmọ (PEA), imọ-ẹrọ ti o da lori antibody orthogonal pẹlu awọn agbara pupọ, ifamọ giga ati pato, ati tun ṣe itupalẹ awọn ayẹwo omi cerebrospinal a rii ipin kan ti awọn ami-ara 271 wọnyi. (n = 36). Awọn ibi-afẹde 36 wọnyi ṣe afihan iyipada ninu ọpọ AD ti PEA, eyiti o ni ibatan pẹkipẹki si awọn awari orisun MS wa (r = 0.87, P = 5.6 × 10-12), Eyi ti o rii daju awọn abajade ti itupalẹ MS okeerẹ wa (Figure S4). ).
Awọn akori ti ibi ti a tẹnumọ nipasẹ awọn ẹgbẹ marun wa, lati ifihan agbara synapti si iṣelọpọ agbara, gbogbo wọn ni ibatan si pathogenesis ti AD (1-3). Nitorinaa, gbogbo awọn modulu 15 ti o ni awọn panẹli wọnyi ni o ni ibatan si imọ-jinlẹ AD ni proteome ọpọlọ ti a ṣe awari (Figure 2B). Ohun akiyesi julọ julọ ni ibaramu ti o dara ti o dara laarin awọn modulu glial wa ati ibaramu ti ko dara ti o lagbara laarin awọn modulu neuronal nla wa (M1 ati M3). Iṣiro ikosile iyatọ ti proteome ọpọlọ ti a ṣe atunṣe (Figure S3D) tun ṣe afihan M5 ati awọn ọlọjẹ glial ti o jẹri M18. Ni AsymAD ati symptomatic AD, awọn ọlọjẹ glial ti o pọ julọ ati awọn synapses ti o ni ibatan M1 Awọn amuaradagba dinku pupọ julọ. Awọn akiyesi wọnyi fihan pe awọn aami ifun omi cerebrospinal 271 ti a mọ ni awọn ẹgbẹ marun ni o ni ibatan si awọn ilana aisan ni kotesi AD, pẹlu awọn ti o waye ni awọn ipele asymptomatic tete.
Lati le ṣe itupalẹ itọsọna ti o dara julọ ti awọn ọlọjẹ nronu ninu ọpọlọ ati ito ọpa ẹhin, a fa atẹle wọnyi fun ọkọọkan awọn modulu agbekọja 15: (i) rii ipele opo module ni eto data ọpọlọ ati (ii) module. amuaradagba Iyatọ ti han ni omi cerebrospinal (Figure S5). Gẹgẹbi a ti sọ tẹlẹ, WGCNA ni a lo lati pinnu opo module tabi iye amuaradagba abuda ninu ọpọlọ (13). Maapu onina ni a lo lati ṣe apejuwe ikosile iyatọ ti awọn ọlọjẹ apọjuwọn ninu omi cerebrospinal (AD/iṣakoso). Awọn isiro wọnyi fihan pe mẹta ninu awọn panẹli marun ṣe afihan awọn aṣa ikosile ti o yatọ ninu ọpọlọ ati ito ọpa-ẹhin. Awọn modulu meji ti nronu synapse (M1 ati M12) ṣe afihan idinku ninu ipele opo ninu ọpọlọ AD, ṣugbọn ni lqkan ni pataki pẹlu amuaradagba ti o pọ si ni AD CSF (Figure S5A). Awọn modulu ti o ni ibatan neuron ti o ni metabolome (M3 ati M38) ṣe afihan ọpọlọ ti o jọra ati awọn ilana ikosile omi cerebrospinal aisedede (Figure S5E). Panel ti iṣan tun ṣe afihan awọn aṣa ikosile ti o yatọ, botilẹjẹpe awọn modulu rẹ (M6 ati M15) ni iwọntunwọnsi pọ si ni ọpọlọ AD ati dinku ni CSF ti o ni aisan (Figure S5B). Awọn panẹli meji ti o ku ni awọn nẹtiwọọki glial nla ti awọn ọlọjẹ wa ni ilana nigbagbogbo ni awọn apakan mejeeji (Ọpọtọ S5, C ati D).
Jọwọ ṣe akiyesi pe awọn aṣa wọnyi ko wọpọ si gbogbo awọn asami ninu awọn panẹli wọnyi. Fun apẹẹrẹ, nronu synapti pẹlu ọpọlọpọ awọn ọlọjẹ ti o dinku ni pataki ni ọpọlọ AD ati CSF (Figure S5A). Lara awọn ami isamisi omi cerebrospinal ti o wa ni isalẹ jẹ NPTX2 ati VGF ti M1, ati chromogranin B ti M12. Sibẹsibẹ, laibikita awọn imukuro wọnyi, pupọ julọ awọn ami isamisi synapti wa ni igbega ni ito ọpa-ẹhin AD. Lapapọ, awọn itupalẹ wọnyi ni anfani lati ṣe iyatọ awọn aṣa pataki iṣiro ni ọpọlọ ati awọn ipele omi cerebrospinal ni ọkọọkan awọn panẹli marun wa. Awọn aṣa wọnyi ṣe afihan eka ati igbagbogbo ibatan ti o yatọ laarin ọpọlọ ati ikosile amuaradagba CSF ni AD.
Lẹhinna, a lo itupalẹ isọdọtun MS giga-throughput (CSF 1) lati dín eto 271 wa ti awọn ami-ara biomarkers si awọn ibi-afẹde ti o ni ileri julọ ati awọn ibi-atunṣe (Nọmba 5A). Ẹda CSF 1 ni apapọ awọn ayẹwo 96 lati Emory Goizueta ADRC, pẹlu iṣakoso, AsymAD, ati AD ẹgbẹ (Table S1A). Awọn ọran AD wọnyi jẹ ijuwe nipasẹ idinku imọ kekere (tumọ si MoCA, 20.0 ± 3.8), ati awọn iyipada ninu awọn ami-ara AD ti a fọwọsi ni omi cerebrospinal (Table S1A). Ni ilodisi si itupalẹ CSF ti a rii, atunṣe yii ni a ṣe ni lilo daradara diẹ sii ati ọna giga-ọna “ibọn-ọkan” MS (laisi ida-ila), pẹlu ilana igbaradi apẹẹrẹ ti o rọrun ti o yọkuro iwulo fun ajẹsara ti awọn ayẹwo kọọkan. . Dipo, “ikanni imudara” ti ajẹsara-ajẹsara kan ṣoṣo ni a lo lati mu ifihan agbara ti awọn ọlọjẹ ti o kere pupọ pọ si (37). Botilẹjẹpe o dinku lapapọ agbegbe proteome, ọna-ibọn-ẹyọkan yii dinku akoko ẹrọ ni pataki ati mu nọmba ti awọn ami-ami TMT pọ si ti o le ṣe itupalẹ ṣiṣeeṣe (17, 38). Ni apapọ, itupalẹ ṣe idanimọ awọn peptides 6,487, eyiti o ya aworan si awọn ọlọjẹ 1,183 ni awọn ọran 96. Gẹgẹbi pẹlu itupalẹ CSF ti a rii, awọn ọlọjẹ nikan ni iwọn ni o kere ju 50% ti awọn ayẹwo ni o wa ninu awọn iṣiro atẹle, ati pe data ti tun pada fun awọn ipa ti ọjọ-ori ati abo. Eyi yori si iwọn ipari ti awọn proteomes 792, 95% eyiti a tun ṣe idanimọ ninu ṣeto data CSF ti a rii.
(A) Awọn ibi-afẹde amuaradagba CSF ti o ni ibatan ọpọlọ jẹri ni iṣakojọpọ CSF akọkọ ati pe o wa ninu igbimọ ikẹhin (n = 60). (B si E) Awọn ipele biomarker nronu (composite z-scores) ti a wọn ninu awọn ẹgbẹ ẹda CSF mẹrin. T-idanwo ti a so pọ tabi ANOVA pẹlu atunṣe-lẹhin ti Tukey ni a lo lati ṣe iṣiro pataki iṣiro ti awọn iyipada lọpọlọpọ ninu itupalẹ ẹda kọọkan. CT, iṣakoso.
Niwọn bi a ti nifẹ ni pataki ni ijẹrisi awọn ibi-afẹde CSF ti o ni ibatan ọpọlọ 271 nipasẹ itupalẹ okeerẹ, a yoo ṣe idinwo idanwo siwaju sii ti proteome ẹda yii si awọn asami wọnyi. Lara awọn ọlọjẹ 271 wọnyi, 100 ni a rii ni isọdọtun CSF 1. Nọmba S6A ṣe afihan ikosile iyatọ ti awọn asami agbekọja 100 wọnyi laarin iṣakoso ati awọn apẹẹrẹ atunwi AD. Synapti ati metabolite histones pọ julọ ni AD, lakoko ti awọn ọlọjẹ ti iṣan dinku pupọ julọ ninu arun. Pupọ julọ awọn aami agbekọja 100 (n = 70) ṣe itọju itọsọna kanna ti iyipada ninu awọn eto data meji (Figure S6B). Awọn ami ami CSF ti o ni ibatan 70 ti ọpọlọ (Table S2H) ṣe afihan pupọ julọ awọn aṣa ikosile nronu ti a ṣe akiyesi tẹlẹ, iyẹn ni, ilana-isalẹ ti awọn ọlọjẹ iṣan ati ilana-oke ti gbogbo awọn panẹli miiran. Nikan 10 ti awọn ọlọjẹ ti a fọwọsi 70 fihan awọn ayipada ninu opo AD ti o tako awọn aṣa nronu wọnyi. Lati ṣe agbejade igbimọ kan ti o ṣe afihan aṣa gbogbogbo ti ọpọlọ ati ito cerebrospinal, a yọkuro awọn ọlọjẹ 10 wọnyi lati inu igbimọ anfani ti a jẹrisi nikẹhin (Nọmba 5A). Nitorinaa, igbimọ wa nikẹhin pẹlu apapọ awọn ọlọjẹ 60 ti o jẹri ni awọn ẹgbẹ ẹlẹgbẹ CSF AD ominira meji ni lilo igbaradi apẹẹrẹ oriṣiriṣi ati itupalẹ Syeed MS. Awọn igbero ikosile z-score ti awọn panẹli ikẹhin wọnyi ni ẹda CSF 1 iṣakoso ati awọn ọran AD jẹrisi aṣa nronu ti a ṣe akiyesi ni ẹgbẹ CSF ti a rii (Aworan 5B).
Lara awọn ọlọjẹ 60 wọnyi, awọn ohun elo ti a mọ lati ni nkan ṣe pẹlu AD, gẹgẹbi osteopontin (SPP1), eyiti o jẹ cytokine pro-inflammatory ti o ni nkan ṣe pẹlu AD ni ọpọlọpọ awọn ẹkọ (39-41), ati GAP43, amuaradagba synaptic. ti o ni asopọ kedere si neurodegeneration (42). Awọn ọlọjẹ ti a fọwọsi ni kikun julọ jẹ awọn ami-ami ti o ni ibatan si awọn aarun neurodegenerative miiran, gẹgẹbi amyotrophic lateral sclerosis (ALS) superoxide dismutase 1 (SOD1) ti o ni ibatan ati arun Parkinson ti o ni ibatan desaccharase (PARK7). A tun ti rii daju pe ọpọlọpọ awọn asami miiran, gẹgẹbi SMOC1 ati ọpọlọ-ọlọrọ awopọ ami ami ami asomọ amuaradagba 1 (BASP1), ti ni opin awọn ọna asopọ iṣaaju si neurodegeneration. O tọ lati ṣe akiyesi pe nitori opoiye gbogbogbo kekere wọn ninu proteome CSF, o ṣoro fun wa lati lo ọna wiwa-ibọn-ẹyọkan-giga yii lati rii igbẹkẹle MAPT ati diẹ ninu awọn ọlọjẹ miiran ti o ni ibatan AD (fun apẹẹrẹ, NEFL ati NRGN). ) ( 43, 44 ).
Lẹhinna a ṣayẹwo awọn ami ifamisi pataki 60 wọnyi ni awọn itupalẹ atunlo ẹda tuntun mẹta. Ni CSF Copy 2, a lo TMT-MS kan lati ṣe itupalẹ ẹgbẹ ominira ti iṣakoso 297 ati awọn apẹẹrẹ AD lati Emory Goizueta ADRC (17). CSF ẹda 3 pẹlu atunyẹwo atunlo ti data TMT-MS ti o wa lati iṣakoso 120 ati awọn alaisan AD lati Lausanne, Switzerland (45). A ṣe awari diẹ sii ju ida meji ninu mẹta ti awọn ami ayo 60 ni ipilẹ data kọọkan. Botilẹjẹpe iwadi Swiss lo awọn iru ẹrọ MS oriṣiriṣi ati awọn ọna iwọn TMT (45, 46), a tun ṣe awọn aṣa nronu wa ni agbara ni awọn itupalẹ atunwi meji (Nọmba 5, C ati D, ati Awọn tabili S2, I, ati J). Lati ṣe iṣiro pato arun ti ẹgbẹ wa, a lo TMT-MS lati ṣe itupalẹ eto data ẹda kẹrin (CSF replication 4), eyiti ko pẹlu iṣakoso nikan (n = 18) ati AD (n = 17) awọn ọran, ṣugbọn tun PD ( n = 14)), ALS (n = 18) ati frontotemporal iyawere (FTD) awọn ayẹwo (n = 11) (Table S1A). A ṣaṣeyọri ti o fẹrẹẹ to ida meji ninu meta awọn ọlọjẹ nronu ninu ẹgbẹ yii (38 ninu 60). Awọn abajade wọnyi ṣe afihan awọn ayipada kan pato AD ni gbogbo awọn panẹli biomarker marun (Figure 5E ati S2K Tabili). Ilọsoke ninu ẹgbẹ metabolite fihan iyasọtọ AD ti o lagbara julọ, atẹle nipasẹ ẹgbẹ myelination ati glial. Si iye diẹ, FTD tun fihan ilosoke laarin awọn panẹli wọnyi, eyiti o le ṣe afihan awọn iyipada nẹtiwọọki ti o pọju ti o jọra (17). Ni idakeji, ALS ati PD ṣe afihan fere kanna myelination, glial, ati awọn profaili metabolome gẹgẹbi ẹgbẹ iṣakoso. Lapapọ, laibikita awọn iyatọ ninu igbaradi ayẹwo, pẹpẹ MS, ati awọn ọna iwọn TMT, awọn itupalẹ tun ṣe fihan pe awọn asami ẹgbẹ pataki wa ni awọn ayipada pataki AD-iduroṣinṣin ni diẹ sii ju awọn ayẹwo CSF alailẹgbẹ 500.
AD neurodegeneration ti ni akiyesi pupọ ni ọpọlọpọ ọdun ṣaaju ibẹrẹ ti awọn ami aisan imọ, nitorinaa iwulo iyara wa fun awọn alamọ-ara ti AsymAD (5, 31). Sibẹsibẹ, awọn ẹri diẹ sii ati siwaju sii fihan pe isedale ti AsymAD jina si isokan, ati ibaraenisepo eka ti eewu ati resilience nyorisi awọn iyatọ nla ti olukuluku ni ilọsiwaju arun atẹle (47). Botilẹjẹpe a lo lati ṣe idanimọ awọn ọran AsymAD, awọn ipele ti mojuto CSF biomarkers (Aβ1-42, lapapọ tau ati p-tau) ko ti fihan lati ni anfani lati ṣe asọtẹlẹ ti o gbẹkẹle tani yoo ni ilọsiwaju si iyawere (4, 7), ti n tọka diẹ sii O le jẹ pataki lati pẹlu awọn ohun elo biomarker pipe ti o da lori ọpọlọpọ awọn ẹya ti ẹkọ ẹkọ ẹkọ ẹkọ ọpọlọ lati ṣe deede eewu ti olugbe yii. Nitorinaa, lẹhinna a ṣe itupalẹ igbimọ biomarker AD-ifọwọsi AD wa ni olugbe AsymAD ti ẹda CSF 1. Awọn ọran 31 AsymAD wọnyi ṣe afihan awọn ipele mojuto biomarker ajeji (Aβ1-42/lapapọ tau ELISA ratio, <5.5) ati oye pipe (tumọ MoCA, 27.1) ± 2.2) (Table S1A). Ni afikun, gbogbo awọn ẹni-kọọkan pẹlu AsymAD ni aami iyawere ile-iwosan ti 0, ti o nfihan pe ko si ẹri ti idinku ninu oye ojoojumọ tabi iṣẹ ṣiṣe.
A ṣe atupale akọkọ awọn ipele ti awọn panẹli ti a fọwọsi ni gbogbo awọn ẹda 96 CSF 1, pẹlu ẹgbẹ AsymAD. A rii pe ọpọlọpọ awọn panẹli ni ẹgbẹ AsymAD ni awọn iyipada nla AD-bii ọpọlọpọ, nronu iṣan fihan aṣa si isalẹ ni AsymAD, lakoko ti gbogbo awọn panẹli miiran ṣe afihan aṣa si oke (Nọmba 6A). Nitorinaa, gbogbo awọn panẹli ṣe afihan ibaramu pataki pupọ pẹlu ELISA Aβ1-42 ati awọn ipele tau lapapọ (Aworan 6B). Ni idakeji, ibamu laarin ẹgbẹ ati Dimegilio MoCA ko dara. Ọkan ninu awọn awari iyalẹnu diẹ sii lati awọn itupale wọnyi ni titobi nla ti awọn opo nronu ninu ẹgbẹ AsymAD. Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 6A, ipele nronu ti ẹgbẹ AsymAD nigbagbogbo n kọja ipele nronu ti ẹgbẹ iṣakoso ati ẹgbẹ AD, ti n ṣafihan iyatọ ti o ga julọ. Lati ṣawari siwaju si iyatọ iyatọ ti AsymAD, a lo itupalẹ Multidimensional Scaling (MDS) si awọn ọran 96 CSF ẹda 1. Itupalẹ MDS ngbanilaaye lati foju inu ibajọra laarin awọn ọran ti o da lori awọn oniyipada kan ninu ṣeto data. Fun itupalẹ iṣupọ yii, a lo awọn asami nronu ti a fọwọsi nikan ti o ni iyipada pataki iṣiro (P <0.05, AD/iṣakoso) ninu wiwa CSF ati ẹda 1 proteome (n = 29) (Table S2L) ipele. Itupalẹ yii ṣe agbejade iṣupọ aye mimọ laarin iṣakoso wa ati awọn ọran AD (Aworan 6C). Ni idakeji, diẹ ninu awọn ọran AsymAD ti wa ni akojọpọ kedere ni ẹgbẹ iṣakoso, lakoko ti awọn miiran wa ni awọn ọran AD. Lati ṣawari siwaju si iyatọ AsymAD yii, a lo maapu MDS wa lati ṣalaye awọn ẹgbẹ meji ti awọn ọran AsymAD wọnyi. Ẹgbẹ akọkọ pẹlu awọn ọran AsymAD ti o wa ni isunmọ si iṣakoso (n = 19), lakoko ti ẹgbẹ keji jẹ afihan nipasẹ awọn ọran AsymAD pẹlu profaili asami ti o sunmọ AD (n = 12).
(A) Ipele ikosile (z-score) ti ẹgbẹ biomarker CSF ni gbogbo awọn ayẹwo 96 ninu ẹgbẹ 1 ẹda CSF, pẹlu AsymAD. Onínọmbà ti iyatọ pẹlu atunṣe lẹhin Tukey ni a lo lati ṣe iṣiro pataki iṣiro ti awọn iyipada opo nronu. (B) Iṣiro ibamu ti ipele opo ti amuaradagba nronu (z-score) pẹlu Dimegilio MoCA ati ipele tau lapapọ ni ELISA Aβ1-42 ati ẹda CSF 1 awọn ayẹwo. Olusọdipúpọ ibamu Pearson pẹlu iye P ti o yẹ jẹ afihan. (C) MDS ti 96 CSF ẹda awọn ọran 1 da lori awọn ipele lọpọlọpọ ti awọn asami nronu 29 ti a fọwọsi, eyiti o yipada ni pataki ni wiwa mejeeji ati ẹda data 1 ẹda CSF [P <0.05 AD / Iṣakoso (CT)]. A lo itupalẹ yii lati pin ẹgbẹ AsymAD si iṣakoso (n = 19) ati AD (n = 12) awọn ẹgbẹ-ẹgbẹ. (D) Idite onina ṣe afihan ikosile iyatọ ti gbogbo awọn ọlọjẹ CSF ẹda 1 pẹlu iyipada agbo log2 (x-axis) ni ibatan si iye iṣiro -log10 P laarin awọn ẹgbẹ-ẹgbẹ AsymAD meji. Awọn onibajẹ nronu jẹ awọ. (E) CSF ẹda 1 ipele opo ti ẹgbẹ yiyan biomarkers jẹ iyasọtọ ti a fihan laarin awọn ẹgbẹ-ẹgbẹ AsymAD. Atunyẹwo iyatọ ti Tukey lẹhin-ṣatunṣe ti iyatọ ni a lo lati ṣe ayẹwo pataki iṣiro.
A ṣe ayẹwo ikosile amuaradagba iyatọ laarin iṣakoso wọnyi ati AD-like AsymAD (Nọmba 6D ati Table S2L). Maapu onina ti o yọrisi fihan pe awọn asami nronu 14 ti yipada ni pataki laarin awọn ẹgbẹ mejeeji. Pupọ julọ awọn ami-ami wọnyi jẹ ọmọ ẹgbẹ ti synapse ati metabolome. Sibẹsibẹ, SOD1 ati myristoylated alanine-rich protein kinase C sobusitireti (MARCKS), eyiti o jẹ ọmọ ẹgbẹ ti myelin ati awọn ẹgbẹ ajẹsara glial, lẹsẹsẹ, tun jẹ ti ẹgbẹ yii (Nọmba 6, D ati E). Igbimọ iṣọn-ẹjẹ tun ṣe alabapin awọn ami ami meji ti o dinku ni pataki ni ẹgbẹ AD-like AsymAD, pẹlu AE abuda amuaradagba 1 (AEBP1) ati ibaramu ọmọ ẹgbẹ C9. Ko si iyatọ pataki laarin iṣakoso ati AD-bii awọn ẹgbẹ-ẹgbẹ AsymAD ni ELISA AB1-42 (P = 0.38) ati p-tau (P = 0.28), ṣugbọn nitootọ iyatọ nla wa ninu ipele tau lapapọ (P = 0.0031). ) (aworan S7). Ọpọlọpọ awọn asami nronu ti o tọkasi pe awọn iyipada laarin awọn ẹgbẹ-ẹgbẹ meji ti AsymAD ṣe pataki ju awọn ipele tau lapapọ (fun apẹẹrẹ, YWHAZ, SOD1, ati MDH1) (Figure 6E). Lapapọ, awọn abajade wọnyi tọka si pe nronu ti a fọwọsi le ni awọn ami-ara biomarkers ti o le ni subtype ati isọdi eewu ti o pọju ti awọn alaisan ti o ni arun asymptomatic.
iwulo iyara wa fun awọn irinṣẹ alamọ-ara ti o da lori eto lati ṣe iwọn to dara julọ ati ibi-afẹde awọn oriṣiriṣi pathophysiology lẹhin AD. Awọn irinṣẹ wọnyi ni a nireti lati ko yi ilana idanimọ AD wa nikan, ṣugbọn tun ṣe agbega gbigba ti imunadoko, awọn ilana itọju pato-alaisan (1, 2). Ni ipari yii, a lo ọna ọna ọlọjẹ okeerẹ aiṣedeede si ọpọlọ AD ati CSF lati ṣe idanimọ awọn ami-ara CSF ti o da lori oju opo wẹẹbu ti o ṣe afihan ibiti o gbooro ti pathophysiology-orisun ọpọlọ. Atọjade wa ṣe awọn panẹli biomarker CSF marun, eyiti (i) ṣe afihan awọn synapses, awọn ohun elo ẹjẹ, myelin, ajẹsara ati ailagbara ti iṣelọpọ; (ii) ṣe afihan atunṣe ti o lagbara lori oriṣiriṣi awọn iru ẹrọ MS; (iii) Ṣe afihan awọn iyipada-aisan ti o ni ilọsiwaju ni gbogbo ibẹrẹ ati awọn ipele ti o pẹ ti AD. Iwoye, awọn awari wọnyi jẹ aṣoju igbesẹ ti o ni ileri si idagbasoke ti oniruuru, ti o gbẹkẹle, awọn irinṣẹ biomarker ti oju-iwe ayelujara fun iwadi AD ati awọn ohun elo iwosan.
Awọn abajade wa ṣe afihan agbari ti o ni ipamọ giga ti proteome ọpọlọ ọpọlọ AD ati ṣe atilẹyin lilo rẹ bi oran fun idagbasoke biomarker ti o da lori eto. Atupalẹ wa fihan pe awọn ipilẹ data TMT-MS olominira meji ti o ni AD ati ọpọlọ AsymAD ni modularity to lagbara. Awọn awari wọnyi faagun iṣẹ iṣaaju wa, ti n ṣe afihan titọju awọn modulu ti o lagbara ti diẹ sii ju awọn iṣan ọpọlọ 2,000 lati ọpọlọpọ awọn ẹgbẹ olominira ni iwaju, parietal, ati kotesi akoko (17). Nẹtiwọọki ifọkanbalẹ yii ṣe afihan ọpọlọpọ awọn ayipada ti o ni ibatan arun ti a ṣe akiyesi ni iwadii lọwọlọwọ, pẹlu ilosoke ti awọn modulu iredodo ọlọrọ glial ati idinku awọn modulu ọlọrọ neuron. Gẹgẹbi iwadii lọwọlọwọ, nẹtiwọọki iwọn-nla yii tun ṣe ẹya awọn ayipada apọjuwọn pataki ni AsymAD, ti n ṣafihan ọpọlọpọ oriṣiriṣi pathophysiology preclinical (17).
Bibẹẹkọ, laarin ilana ti o da lori eto Konsafetifu giga, ilopọ-ara ti ẹda ti o dara julọ wa, pataki laarin awọn eniyan kọọkan ni awọn ipele ibẹrẹ ti AD. Igbimọ biomarker wa ni anfani lati ṣe afihan awọn ẹgbẹ-ẹgbẹ meji ni AsymAD, eyiti o ṣe afihan ikosile iyatọ pataki ti awọn asami CSF pupọ. Ẹgbẹ wa ni anfani lati ṣe afihan awọn iyatọ ti ẹda laarin awọn ẹgbẹ-ẹgbẹ meji wọnyi, eyiti ko han gbangba ni ipele ti mojuto AD biomarkers. Ti a ṣe afiwe pẹlu ẹgbẹ iṣakoso, awọn ipin Aβ1-42/tau lapapọ ti awọn ẹni-kọọkan AsymAD wọnyi kere pupọ. Bibẹẹkọ, lapapọ awọn ipele tau nikan ni o yatọ ni pataki laarin awọn ẹgbẹ-ẹgbẹ AsymAD meji, lakoko ti awọn ipele Aβ1-42 ati p-tau wa ni afiwera. Niwọn igba ti CSF tau giga dabi pe o jẹ asọtẹlẹ ti o dara julọ ti awọn aami aiṣan ti oye ju awọn ipele Aβ1-42 (7), a fura pe awọn ẹgbẹ AsymAD meji le ni awọn eewu oriṣiriṣi ti ilọsiwaju arun. Fi fun iwọn ayẹwo ti o lopin ti AsymAD wa ati aini data gigun, a nilo iwadii siwaju lati fa awọn ipinnu wọnyi ni igboya. Bibẹẹkọ, awọn abajade wọnyi tọka pe ẹgbẹ CSF ti o da lori eto le mu agbara wa pọ si lati ṣe imunadoko awọn eniyan kọọkan lakoko ipele asymptomatic ti arun na.
Iwoye, awọn awari wa ṣe atilẹyin ipa ti awọn iṣẹ-ṣiṣe ti ẹda pupọ ni pathogenesis ti AD. Sibẹsibẹ, iṣelọpọ agbara dysregulated di koko pataki ti gbogbo awọn panẹli isamisi marun ti a fọwọsi. Awọn ọlọjẹ ti iṣelọpọ, gẹgẹbi hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase 1 (HPRT1) ati lactate dehydrogenase A (LDHA), jẹ awọn ami-ara ti synapti ti o lagbara julọ, ti o nfihan pe ilosoke ninu AD CSF jẹ ibalopọ ti o tun ṣe pupọ. Awọn ohun elo ẹjẹ wa ati awọn panẹli glial tun ni awọn asami pupọ ti o ni ipa ninu iṣelọpọ ti awọn nkan oxidative. Awọn awari wọnyi wa ni ibamu pẹlu ipa bọtini ti awọn ilana iṣelọpọ agbara ni gbogbo ọpọlọ, kii ṣe lati pade ibeere agbara giga ti awọn neuronu nikan, ṣugbọn lati pade ibeere agbara giga ti awọn astrocytes ati awọn sẹẹli glial miiran (17, 48). Awọn abajade wa ṣe atilẹyin ẹri ti ndagba pe awọn iyipada ninu agbara redox ati idalọwọduro ti awọn ipa ọna agbara le jẹ ọna asopọ akọkọ laarin ọpọlọpọ awọn ilana bọtini ti o ni ipa ninu pathogenesis ti AD, pẹlu awọn rudurudu mitochondrial, iredodo ti glial-mediated, ati Vascular bibajẹ (49). Ni afikun, awọn biomarkers cerebrospinal ti iṣelọpọ ti iṣelọpọ ni nọmba nla ti awọn ọlọjẹ ọlọrọ ti o yatọ laarin iṣakoso wa ati awọn ẹgbẹ-ẹgbẹ ASymAD-like AsymAD, ni iyanju pe idalọwọduro ti agbara wọnyi ati awọn ipa ọna redox le jẹ pataki ni ipele iṣaaju ti arun na.
Oriṣiriṣi ọpọlọ ati awọn aṣa nronu ito cerebrospinal ti a ti ṣakiyesi tun ni awọn ilolu ti ẹda ti o nifẹ. Synapses ati awọn metabolomes ọlọrọ ni awọn neuronu ṣe afihan awọn ipele idinku ninu ọpọlọ AD ati ọpọlọpọ lọpọlọpọ ninu omi cerebrospinal. Ni fifunni pe awọn neuronu jẹ ọlọrọ ni mitochondria ti n pese agbara ni awọn synapses lati pese agbara fun ọpọlọpọ awọn ifihan agbara amọja wọn (50), ibajọra ti awọn profaili ikosile ti awọn ẹgbẹ neuron meji wọnyi ni a nireti. Ipadanu ti awọn neuronu ati extrusion ti awọn sẹẹli ti o bajẹ le ṣe alaye ọpọlọ wọnyi ati awọn aṣa nronu CSF ni arun nigbamii, ṣugbọn wọn ko le ṣe alaye awọn iyipada nronu ibẹrẹ ti a ṣe akiyesi (13). Alaye kan ti o ṣee ṣe fun awọn awari wọnyi ni ibẹrẹ asymptomatic arun jẹ pruning synapti ajeji. Ẹri tuntun ninu awọn awoṣe Asin ni imọran pe microglia-mediated synapti phagocytosis le jẹ mimuuṣiṣẹ ni aiṣedeede ni AD ati yori si pipadanu synapse ni kutukutu ninu ọpọlọ (51). Ohun elo synapti ti a sọnù yii le ṣajọpọ ni CSF, eyiti o jẹ idi ti a ṣe akiyesi ilosoke ninu CSF ninu nronu neuron. pruning synapti ti ajẹsara-ajẹsara le tun ṣe alaye ni apakan ti ilosoke ninu awọn ọlọjẹ glial ti a ṣe akiyesi ni ọpọlọ ati omi cerebrospinal jakejado ilana arun na. Ni afikun si pruning synapti, awọn aiṣedeede gbogbogbo ni ipa ọna exocytic le tun ja si ọpọlọ oriṣiriṣi ati awọn ikosile CSF ti awọn ami ami neuronal. Nọmba awọn ijinlẹ ti fihan pe akoonu ti awọn exosomes ninu pathogenesis ti ọpọlọ AD ti yipada (52). Awọn ipa ọna extracellular tun ni ipa ninu ilọsiwaju ti Aβ (53, 54). O tọ lati ṣe akiyesi pe idinku ti yomijade exosomal le dinku iru-ẹda-ẹjẹ-ara AD ni awọn awoṣe Asin transgenic AD (55).
Ni akoko kanna, amuaradagba ti o wa ninu panẹli iṣan fihan ilosoke iwọntunwọnsi ninu ọpọlọ AD, ṣugbọn dinku ni pataki ni CSF. Idena ọpọlọ-ẹjẹ (BBB) ailagbara le ṣe alaye ni apakan awọn awari wọnyi. Ọpọlọpọ awọn iwadii eniyan lẹhin iku ti ominira ti ṣe afihan didenukole BBB ni AD (56, 57). Awọn ijinlẹ wọnyi jẹrisi ọpọlọpọ awọn iṣẹ aiṣedeede ti o yika Layer edidi ni wiwọ ti awọn sẹẹli endothelial, pẹlu jijo opolo ọpọlọ ati ikojọpọ perivascular ti awọn ọlọjẹ ti o ni ẹjẹ (57). Eyi le pese alaye ti o rọrun fun awọn ọlọjẹ ti iṣan ti o ga ni ọpọlọ, ṣugbọn ko le ṣe alaye ni kikun idinku ti awọn ọlọjẹ kanna ni omi cerebrospinal. O ṣeeṣe kan ni pe eto aifọkanbalẹ aarin n ṣe iyasọtọ awọn ohun elo wọnyi ni itara lati yanju iṣoro iredodo ti o pọ si ati aapọn oxidative. Idinku diẹ ninu awọn ọlọjẹ CSF ti o nira julọ ninu nronu yii, paapaa awọn ti o ni ipa ninu ilana lipoprotein, ni ibatan si idinamọ awọn ipele ipalara ti iredodo ati ilana neuroprotective ti awọn eya atẹgun ifaseyin. Eyi jẹ otitọ fun Paroxonase 1 (PON1), enzymu abuda lipoprotein kan ti o ni iduro fun idinku awọn ipele aapọn oxidative ni sisan (58, 59). Alpha-1-microglobulin/bikunin precursor (AMBP) jẹ ami miiran ti o ṣe pataki si isalẹ-ilana ti ẹgbẹ iṣan. O jẹ aṣaaju ti bikunin gbigbe ọra, eyiti o tun ni ipa ninu idinku iredodo ati Idaabobo iṣan-ara (60, 61).
Laibikita ọpọlọpọ awọn idawọle ti o nifẹ si, ailagbara lati ṣe awari awọn ọna aarun biokemika taara jẹ aropin ti a mọ daradara ti itupalẹ awọn ọlọjẹ ọlọjẹ ti iṣawari. Nitorinaa, iwadii siwaju jẹ pataki lati ni igboya asọye awọn ilana ti o wa lẹhin awọn panẹli biomarker wọnyi. Lati le lọ si idagbasoke ti iṣiro ile-iwosan ti o da lori MS, itọsọna iwaju tun nilo lilo awọn ọna iwọn ti a fojusi fun ijẹrisi biomarker nla, gẹgẹbi yiyan tabi ibojuwo ifarabalẹ ni afiwe (62). Laipẹ a lo ibojuwo ifaseyin afiwe (63) lati fọwọsi ọpọlọpọ awọn iyipada amuaradagba CSF ti a ṣalaye nibi. Ọpọlọpọ awọn ibi-afẹde nronu pataki ni a ṣe iwọn pẹlu iṣedede pataki, pẹlu YWHAZ, ALDOA, ati SMOC1, eyiti o ṣe maapu si synapse wa, iṣelọpọ agbara, ati awọn panẹli igbona, lẹsẹsẹ (63). Gbigba Data Ominira (DIA) ati awọn ilana orisun MS miiran le tun wulo fun ijẹrisi ibi-afẹde. Bud et al. (64) Laipẹ ṣe afihan pe ifapapọ pataki kan wa laarin awọn ami-ara AD biomarkers ti a damọ ninu ṣeto data wiwa CSF wa ati ṣeto data DIA-MS olominira, eyiti o fẹrẹ to awọn ayẹwo 200 CSF lati ọdọ awọn akojọpọ oriṣiriṣi mẹta ti Ilu Yuroopu. Awọn ijinlẹ aipẹ wọnyi ṣe atilẹyin agbara ti awọn panẹli wa lati yipada si wiwa orisun MS ti o gbẹkẹle. Apatako ti aṣa ati wiwa orisun-aptamer tun ṣe pataki fun idagbasoke siwaju ti awọn ami-ara-ara AD bọtini. Nitori opo kekere ti CSF, o nira diẹ sii lati ṣe awari awọn ami-ara wọnyi nipa lilo awọn ọna MS ti o ga. NEFL ati NRGN jẹ apẹẹrẹ meji ti awọn ami-ara CSF lọpọlọpọ, eyiti o ya aworan si nronu ninu itupalẹ okeerẹ wa, ṣugbọn a ko le rii ni igbẹkẹle nipa lilo ete MS wa kanṣoṣo. Awọn ilana ifọkansi ti o da lori ọpọlọpọ awọn aporo-ara, gẹgẹbi PEA, le ṣe igbelaruge iyipada ile-iwosan ti awọn asami wọnyi.
Iwoye, iwadi yii n pese ọna-ọna proteomics alailẹgbẹ fun idanimọ ati iṣeduro ti CSF AD biomarkers ti o da lori awọn eto oriṣiriṣi. Ṣiṣapeye awọn panẹli asami wọnyi kọja awọn ẹgbẹ ẹgbẹ AD afikun ati awọn iru ẹrọ MS le jẹri ni ileri lati ṣe ilosiwaju eewu AD ati itọju. Awọn ẹkọ-ẹkọ ti o ṣe iṣiro ipele gigun ti awọn panẹli wọnyi ni akoko pupọ tun ṣe pataki lati pinnu iru akojọpọ awọn asami ti o dara julọ ṣe itọsi eewu arun kutukutu ati awọn iyipada ninu bibi arun.
Ayafi fun awọn ayẹwo 3 ti a daakọ nipasẹ CSF, gbogbo awọn ayẹwo CSF ti a lo ninu iwadi yii ni a gba labẹ abojuto Emory ADRC tabi awọn ile-iṣẹ iwadi ti o ni ibatan. Lapapọ awọn eto mẹrin ti awọn ayẹwo Emory CSF ni a lo ninu awọn ijinlẹ ọlọjẹ wọnyi. A ri ẹgbẹ CSF lati ni awọn ayẹwo lati awọn iṣakoso ilera 20 ati awọn alaisan 20 AD. Ẹda CSF 1 pẹlu awọn ayẹwo lati awọn iṣakoso ilera 32, awọn ẹni-kọọkan AsymAD 31, ati awọn eniyan 33 AD. CSF ẹda 2 ni awọn idari 147 ati awọn ayẹwo AD 150. Arun-pupọ CSF ẹda 4 pẹlu awọn idari 18, 17 AD, 19 ALS, 13 PD, ati awọn ayẹwo FTD 11. Gẹgẹbi adehun ti a fọwọsi nipasẹ Igbimọ Atunwo Ile-ẹkọ giga ti Ile-ẹkọ giga Emory, gbogbo awọn olukopa ikẹkọ Emory gba ifọwọsi alaye. Gẹgẹbi 2014 National Institute of Aging Best Practice Guidelines fun Awọn ile-iṣẹ Alṣheimer (https://alz.washington.edu/BiospecimenTaskForce.html), omi cerebrospinal ni a gba ati ti o tọju nipasẹ puncture lumbar. Iṣakoso ati AsymAD ati awọn alaisan AD gba igbelewọn oye ti o ni idiwọn ni Emory Cognitive Neurology Clinic tabi Goizueta ADRC. Awọn ayẹwo omi cerebrospinal wọn ni idanwo nipasẹ INNO-BIA AlzBio3 Luminex fun ELISA Aβ1-42, lapapọ tau ati itupalẹ p-tau (65). Awọn iye ELISA ni a lo lati ṣe atilẹyin iyasọtọ iwadii ti awọn koko-ọrọ ti o da lori awọn ibeere gige biomarker AD ti iṣeto (66, 67). Ipilẹ ti ibi eniyan ati data iwadii fun awọn iwadii CSF miiran (FTD, ALS, ati PD) tun gba lati Emory ADRC tabi awọn ile-iṣẹ iwadii ti o somọ. Awọn metadata ọran akojọpọ fun awọn ọran Emory CSF wọnyi ni a le rii ni Tabili S1A. Awọn abuda ti Swiss CSF ẹda 3 ẹgbẹ ti jẹ atẹjade tẹlẹ (45).
CSF ri apẹẹrẹ. Lati le mu ijinle wiwa wa ti ṣeto data CSF pọ si, agbara ajẹsara ti awọn ọlọjẹ lọpọlọpọ ni a ṣe ṣaaju ki trypsinization. Ni kukuru, 130 μl ti CSF lati awọn ayẹwo CSF kọọkan 40 ati iwọn didun dogba (130 μl) ti High Select Top14 Abundance Protein Depletion Resini (Thermo Fisher Scientific, A36372) ni a gbe sinu iwe alayipo (Thermo Fisher Scientific, A89868) ni yara. Incubate otutu). Lẹhin ti yiyi fun iṣẹju 15, centrifuge ayẹwo ni 1000g fun awọn iṣẹju 2. Ohun elo àlẹmọ ultracentrifugal 3K kan (Millipore, UFC500396) ni a lo lati ṣojumọ apẹẹrẹ itunjade nipasẹ centrifuging ni 14,000g fun awọn iṣẹju 30. Di gbogbo awọn iwọn ayẹwo si 75 μl pẹlu iyo fosifeti buffered. Ifojusi amuaradagba jẹ iṣiro nipasẹ ọna bicinchoninic acid (BCA) ni ibamu si ilana ti olupese (Thermo Fisher Scientific). CSF ti ko ni ajẹsara (60 μl) lati gbogbo awọn ayẹwo 40 ti wa ni digested pẹlu lysyl endopeptidase (LysC) ati trypsin. Ni kukuru, ayẹwo naa ti dinku ati alkylated pẹlu 1.2 μl 0.5 M tris-2 (-carboxyethyl) -phosphine ati 3 μl 0.8 M chloroacetamide ni 90 ° C fun awọn iṣẹju 10, ati lẹhinna sonicated ni iwẹ omi fun awọn iṣẹju 15. Ayẹwo naa ti fomi po pẹlu 193 μl 8 M urea buffer [8 M urea ati 100 mM NaHPO4 (pH 8.5)] si ifọkansi ikẹhin ti 6 M urea. LysC (4.5 μg; Wako) jẹ lilo fun tito nkan lẹsẹsẹ ni alẹ ni iwọn otutu yara. Ayẹwo naa lẹhinna ti fomi si 1 M urea pẹlu 50 mM ammonium bicarbonate (ABC) (68). Ṣafikun iye dogba (4.5 μg) ti trypsin (Promega), ati lẹhinna ṣafikun ayẹwo fun awọn wakati 12. Acidify ojutu peptide digested si ifọkansi ikẹhin ti 1% formic acid (FA) ati 0.1% trifluoroacetic acid (TFA) (66), ati lẹhinna desalt pẹlu 50 miligiramu Sep-Pak C18 iwe (Omi) bi a ti salaye loke (25) . Awọn peptide lẹhinna ti yọ ni 1 milimita ti 50% acetonitrile (ACN). Lati ṣe iwọn iwọn amuaradagba kọja awọn ipele (25), 100 μl aliquots lati gbogbo awọn ayẹwo 40 CSF ni a ṣe idapo lati ṣe agbekalẹ apẹẹrẹ ti o dapọ, eyiti a pin lẹhinna si awọn apẹẹrẹ boṣewa inu agbaye marun (GIS) (48). Gbogbo awọn ayẹwo kọọkan ati awọn iṣedede apapọ ti gbẹ nipasẹ igbale iyara giga (Labconco).
CSF daakọ apẹẹrẹ. Dayon ati awọn ẹlẹgbẹ ti ṣapejuwe iṣaaju ajẹsara ajẹsara ati tito nkan lẹsẹsẹ ti ẹda CSF 3 awọn ayẹwo (45, 46). Awọn ayẹwo ẹda ti o ku ko ni ajẹsara kọọkan. Da awọn ayẹwo ti a ko yọ kuro ninu trypsin gẹgẹbi a ti ṣalaye tẹlẹ (17). Fun itupalẹ atunkọ kọọkan, 120 μl aliquots ti peptide eluted lati inu ayẹwo kọọkan ni a dapọ papọ ati pin si awọn aliquots iwọn didun dogba lati ṣee lo bi TMT-aami agbaye ti abẹnu boṣewa (48). Gbogbo awọn ayẹwo kọọkan ati awọn iṣedede apapọ ti gbẹ nipasẹ igbale iyara giga (Labconco). Lati le mu ifihan agbara ti amuaradagba CSF kekere-kekere pọ, nipa apapọ 125 μl lati inu ayẹwo kọọkan, a ti pese apẹrẹ “ilọsiwaju” fun itupalẹ atunlo kọọkan [ie, apẹẹrẹ ti ẹda ti o jọmọ apẹẹrẹ iwadii, ṣugbọn iye to wa ni ti o tobi pupọ (37, 69)] dapọ si apẹẹrẹ CSF adalu (17). Apeere ti o dapọ lẹhinna ni ajẹsara kuro ni lilo 12 milimita ti High Select Top14 Abundance Protein Removal Resini (Thermo Fisher Scientific, A36372), digested bi a ti salaye loke, ati pe o wa ninu isamisi TMT pupọ ti o tẹle.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Kẹjọ-27-2021