Ny blod-basert Alzheimer-diagnostikk Tormod Fladby, professor UiO, CNG Ahus Tidlige symptomer på sykdom kompenseres ved Alzheimers Hjernen kompenserer godt for gradevis ervervet skade, ved reservekapasietet. Dette er hensiktsmessig, men kompliserer tidlig deteksjon av sykdom og langvarige stadier md pre-klinisk sykdomsutvikling kan gå ubemerket. Hjernen kan ha pådratt seg omfattende og irreversibel skade før diagnose Utfordring: Intervensjon i den nevrodegenerative prosessen før irreversibel hjerneskade Alzheimers sykdom Sviktende egenomsorgsevne, bred kognitiv svikt Demens 2 Subjektiv mild kognitiv svikt (S/MCI). Tidlig pre-klinisk forløp?
Alzheimers sykdom med demens- tap av hjernevev på 2 år, før demens!!! Amyloide plakk er et resultat av βapp metabolisme, der mutasjoner gir familiær tidlig debuterende Alzheimer b- APP Trisomi 21 ( Down ), mutasjoner i -b- APP genet a-sekretase ( normal spalting) b-sekretase b-amyloid/ senile plakk g-sekretase/ presenilin Ab42
A -protein kan fjernes, nedbrytes eller skade hjernen og felles ut som amyloid CSF, plasma Amyloid Precursor Protein Transportrt Anabolisme A 42 Katabolisme Utfelling Løselige A nedbrytningsprodukter A 42 i plakk i hjerneparenchymet Ved vanlig Alzheimer er defekt clearance viktigere Hypothetical sequence, AD (Jack et al., 2011)
Pre-demens amyloid-patologi (Aleris, Frode Willoch) Hippocampus-subfelt som skades før demens- (pre-)subiculum
A 42- relasjon til skade av pre-subiculum før mild kognitiv svikt: Kun subjektiv svikt N=35 r= 0.41, p < 0.000 A 42 i CSF Mild svikt N=83 Volum av pre-subiculum Sykdomsutvikling, hjerneskade, behandling Stadium Varighet Hjerneskade/biomarkør Relevant behandling Induksjon A -dysmetabolisme / endretet innat immunitet? Inflammasjon? Forebygging Latens Forebygging el. sykdomsmodifiserende behadnlig Subjektiv kognitiv svikt («SCI») 10 år Begynnende skade av hippocampus-komplekset? Diffus CNS A -patologi, CSF A 42 reduseres. Sykdomsmodifiserende behandling Mild kognitiv svikt (»MCI») 4 år Hele midtre tinningelapp m. hukkommelses områder Demens 5-10 år Øvrig hjernebark Symptombehandling, pleie & omsorg
IPR Patent: PCT/EP2009/001210 in final US revision Method for detection, or monitoring of severity of a condition characterized by the presence of a marker protein in a patients brain. (i) providing a cerebro-spinal fluid or blood sample obtained from the patient, wherein the sample comprises activated macrophages; and (ii) detecting the presence of the marker protein or fragments thereof that are in the macrophages and that were in the macrophages in vivo, wherein abnormal levels of the marker protein and/or fragments thereof in the macrophages are indicative of the presence or severity of the condition in the patient. (T. Fladby, K. Blennow, L. Johnsen, H.M.T. Møllergård) SEM filtrert fra CSF ved AD Identifisert som makrofager- 12
Abeta fagocytose % of maximum amount of cells 100 80 60 40 20 0 ocytes 0 10 Abeta-signal (4G8+6E10) Pas 462_15 0 ng/ul A5 Abeta.fcs 27.6 Pas 462_14 A4 Abeta.fcs 11.9 Pas 462_13 0.02 ng/ul A3 Abeta.fcs 5.74 Pas 462_12 0.1 ng/ul A2 Abeta.fcs 4.84 Pas 462_11 0.5 ng/ul A1 Abeta.fcs 3.99 2.5 ng/ul 10 1 10 2 10 3 10 4 Fluorescense Transillumination Macrophage with Abeta uptake Risiko-gener og sykdomsmekanismer ved Alzheimers sykdom Innat immun og amyloid-mekanismer interagerer TREM2, MS4A, CLU, CRI, ABCA7, CD33, EPHA1, BIN1 Immun dysfunction (mikroglia, macrophages) APOE, CLU, ABCA7,PICALM Amyloid precursorprotein metabolism Phagocytosis defects Degradation defects Immune-activation based cytotoxicity y Alzheimers sykdom (LOAD) E.g., Karch & Goate, 2014
Endo-lysosomal Abetadegradering 15 Hvordan finne A -deriverte peptider i makrofager 16
Peptide mining 17 A - deriverte peptider som dannes etter lysosomal degradering Peptides generated after CatD digestion Peak Areal in Milliones 600 500 400 300 200 100 0 0 50 100 150 200 250 1_17 1_19 1_20 1_34 20_34 21_34 35_42
A katabolisme til løselige fragmenter reduseres av alder og sykdom- men kan påvirkes RT: 7.99-26.01 100 SM: 7B 35-42 14.75 95 90 85 80 75 70 65 60 55 1-19 13.27 20-34 17.63 1-34 19.63 50 45 40 35 30 25 20 21-34 15.41 15.79 Økt løselighet 1-42 23.37 15 10 5 1-17 9.30 24.17 24.58 0 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2 Time (min) Katabolisme skjer bla. i det endolysosomale system, ved bla. Insulin degraderende enzym og Cathepsin D, som vi har testet her, produkter målt ved MS. Nye antistoff rettet mot A degraderingsprodukter epitop kartlegging 20
Nye antistoff rettet mot A degraderingsprodukter epitop kartlegging 6D3 epitope: aa 26-31 3B7 epitope: aa 26-30 6D3 3B7 Peptide 1 Peptide 2 Peptide 3 Peptide 4 Peptide 5 Peptide 6 Peptide 7 Peptide 8 Peptide 9 Peptide 10 Peptide 11 Peptide 12 Peptide 13 Peptide 14 Peptide 15 Peptide 16 HHQKLVFFAE HQKLVFFAED QKLVFFAEDV KLVFFAEDVG LVFFAEDVGS VFFAEDVGSN FFAEDVGSNK FAEDVGSNKG AEDVGSNKGA EDVGSNKGAI DVGSNKGAII VGSNKGAIIG GSNKGAIIGL SNKGAIIGLM NKGAIIGLMV KGAIIGLMVG 21 Mouse model TgArcSwe 22
Mid-domain Ab, mikroglia AAP transgen mus (trgarcswe, Torp/Nilsson) " x" " Prototype immuno-assay 1. Blood sample: monocytes are extracted and lysed. Lysed cell exposing protein content Aß21-31 fragment 2. Addition of sample to A 21-31 specific capture antibody (6D3) Solid surface coated with 6D3 capture antibody against Aß21-31 Antibody-Aß21-31 complex 3. Binding of biotinylated detection antibody 3B7 to A 21-31 in sample. Unbound proteins and unbound antibodies are washed out The biotinylated antibody 3B7 binds to A 21-31 and is detected by a biotin-conjugate with a PCR-tag 4. Binding of anti-biotin conjugated to a PCR-tag to biotin. Unbound conjugates are washed out WASH Unbound proteins, antibodies and biotin are removed Amplification 5. Quantification by real time PCR One copy of DNA equals one bound Aß peptide 24
Pilot results I Control: n = 23 SCI_MCI: n = 19 Dementia: n = 9 25 -A mid-domain ab s, NC vs. AD SCI/MCI/tidlig Alzheimers demens Area under the curve.789 Positive (NC) N=18 Negative (Cases) N=45 Sex regressed out.
Mid-domain A peptides, normal controls vs AD pre-dementia and early dementia cases RT-PCR data Risiko-gener og sykdomsmekanismer ved Alzheimers sykdom Innat immun og amyloid-mekanismer interagerer TREM2, MS4A, CLU, CRI, ABCA7, CD33, EPHA1, BIN1 Immun dysfunction (mikroglia, macrophages) APOE, CLU, ABCA7,PICALM Amyloid precursorprotein metabolism Phagocytosis defects Degradation defects Immune-activation based cytotoxicity y Alzheimers sykdom (LOAD) E.g., Karch & Goate, 2014
Ny blod-basert Alzheimer-diagnostikk Gode biomarkører er tett koblet til essensielle sykdomsmekanismer denne testen viser interaksjon mellom immunmekanismer og amyloid-metabolisme dette er mekanismer som testes ut i medikamentutprøving, her trengs relevante lett repeterbare intermediate markers den er enkel, ingen kompliserte beregninger testen slår ut tidlig, i hvertfall flere år før demens Project team Ahus: Lisbeth Johnsen Hanne Mali Møllergård Marianne Wettergreen Berglind Gìsladòttir Magnus Røgeberg Ina Almdahl Staff at the memory clinic 30