Biosignáře onemocnění ve spektru ALS/FTD: nové působivé biologické perspektivy nad rámec klinických přístupů (SPECTRALS)

Amyotrofní laterální skleróza (ALS) a frontotemporální demence (FTD) jsou považovány za dvě projevy stejného kontinua onemocnění, které sdílejí běžné klinické, genetické a patologické rysy. Obě onemocnění se mohou u stejného pacienta dokonce vyskytovat, ale základní mechanismy spuštěné ALS, FTD nebo jejich smíšený fenotyp nejsou plně pochopeny. Bohužel stále chybí spolehlivé biomarkery pro klinickou diagnózu ALS/FTD. Cílem tohoto projektu je použít špičkový, multidisciplinární přístup k prozkoumání nejen tradičních vzorků mozkomíšního moku (CSF), ale také jiné snadno dostupné tkáně, jako je kůže, čichová sliznice (OM), sérum a slzy. Tento projekt má v úmyslu odhalit nové biomarkery schopné rozpoznat klinické fenotypy ALS/FTD, posílit klinickou diagnózu specifických fenotypů (např. Bulbar vs. nástup páteře ALS), předpovídají pacienty s rizikem rozvoje fenotypu smíšeného onemocnění (ALS+FTD nebo naopak), vyhodnocují účinnost terapeutické léčby a schopné odhalit specifické biologické mechanismy zapojené do nástupu a progrese každé onemocnění. Přidaná hodnota projektu je, že prozkoumá ALS/FTD z periferního hlediska pomocí tkání, které v této oblasti výzkumu ještě musí být důkladně prozkoumány. Tyto tkáně budou buď podrobeny přímé analýze pro objevování biomarkerů nebo zpracování pro provádění buněčných a strukturálních studií užitečných pro prohloubení našeho porozumění neurodegenerativnímu procesu ALS/FTD a odhalení nových lékových molekul nebo mechanismů. Pro dosažení našich cílů bude první rok projektu věnován zápisu pacientů, provádějící také retrospektivní studii s použitím již dostupné CSF, séra, slz a OM vzorků odebraných z rozsáhle charakterizované kohorty pacientů s BALS, SALS, FTD, FTD, jakož i subjekty s jinými neurodegenerativními neurologickými podmínkami (NNC). Tyto vzorky budou podrobeny následujícím analýzám (1) NGS, (2) SIMOA (kvantifikovat NFL, tau, fosfo-tau a beta-amyloidní proteiny), (3) mikrofluidické (pro stanovení miRNA a dlouhé nekódující RNA profily), (4) bioplex; (5) Test amplifikace semen (pro detekci periferního patologického TDP-43) a (6) miseq Illumina (pro analýzu složení mikrobioty). Pro analýzy mikrofluidních a bioplexů bude retrospektivní studie sloužit pro objev biomarkerů. Zatímco pro Simoa, SAA a MISEQ analyzují tuto studii, umožní shromažďování klíčových předběžných údajů a jemné doladění analytických postupů. Uchazeči již získali slibné údaje, které ukazují, že profil miRNA v obsahu séra a TDP-43 v OM (SAA) by mohl rozlišovat mezi Bals a SALS. Tato zjištění naznačují, že molekulární a biologické profilování je proveditelné a mohlo by hmatatelně ovlivnit diagnózu ALS/FTD. Druhý rok studie se zaměří na podrobení nově shromážděných vzorků do stejných analýz, jak bylo popsáno dříve, buď pro validaci biomarkerů, nebo na shromažďování všech nezbytných a základních údajů, aby se určilo, zda a do jaké míry se některé periferní změny skutečně liší mezi patologiemi. Všechna data budou zpracována skupinou pro vědu o datové vědě (expertní bioinformatiky, statistici, matematici a neurobiologové), aby posoudili, zda naše zjištění umožňují identifikaci biosignatur nemoci ve spektru ALS/FTD.

Výzkumná skupina se skládá ze čtyř operativních jednotek (OUS): Fondazione Irccs Istituto Neurologico Carlo Besta (UO1), Università Degli Studi di Napoli „Federico II“ (UO2), Consorzio Interuniversitario Risonanze Magnetiche (UO4). Bylo rozhodnuto zahrnout skupinu ze Sardinie (UO4), protože je to jedna z italských regionů s nejvyšším výskytem ALS a přispěje k zápisu pacientů s heterogennějšími klinickými prezentacemi. OU1 a UO4 budou odpovědné za výběr retrospektivních biologických vzorků a náboru pacientů s ALS/FTD a NNC v prvním roce studie. Vzorky CSF, krve, slz, kůže a OM byly nebo budou shromažďovány pomocí standardizovaných a sdílených postupů OU1 a UO4 z celkových pacientů s celkem SAL (n = 105), Bals (n = 32), FTD (n = 66) a NNC (n = 27). Podskupina vzorků odebraných z SALS (n = 45), Bals (n = 12), FTD (n = 30) a NNC (n = 12) pacientů je již k dispozici na UO1 a UO4 a bude analyzována během prvního roku nového zápisu pacienta. Všichni rekrutovaní subjekty budou podrobit rozsáhlým klinickým a neuropsychologickým hodnocením a budou podrobeny testu burghart Sniffin 'Sticks před vzorkováním CSF, krve, OM, kůže a slz. Vzorky budou distribuovány a analyzovány každým UO následovně: CSF bude připraven buď pro simoa analýzu na UO4 nebo pro (1) miRNA a dlouhou nekódující RNA a (2) analýzy SAA na UO1. Krev bude okamžitě zpracována na UO1 a UO4, aby izolovala sérovou frakci, která bude analyzována na UO4 (měření SIMOA NFL, amyloid-beta, tau a fosforylované na threoninu 181 tau (p-tau) a profilu RNA a hodnocení nainstalé imunity). Slzy budou připraveny na miRNA a dlouhou nekódující RNA nebo pro analýzy SAA na UO1. OM bude připraven na (1) miRNA a dlouhou nekódující RNA, (2) SAA a (3) mikrobiota analýzy na UO1. Nakonec bude kůže připravena na (1) miRNA a dlouhou nekódující RNA nebo (2) SAA analýzy na UO1 a bude zpracována za účelem získání fibroblastů primárních buněk, které budou zaslány do UO2 pro (3) studie buněčné biologie, včetně mikroskopických analýz intracelulárních agregátů a molekulárních charakterizace jejich internalizace. Nakonec UO3 (1) produkuje rekombinantní TDP-43 (pro SAA analýzy prováděné na UO1), které mají speciální rysy užitečné k vytvoření NMR spektra dobré kvality pro podrobnou strukturální charakterizaci a (2) analyzují vybrané produkty SAA protein-NMR. Všechna data generovaná v tomto projektu, včetně všech relevantních klinických a psychologických informací, budou analyzovány členy skupiny Data Science Center (DSC), která byla nedávno vytvořena na UO1. DSC kombinuje odborné znalosti bioinformatiků, statistiků, matematiků a neurobiologů s cílem aplikovat sofistikované analytické metodologie na klinické, OMICS a zobrazovací data. Konečně, jiní spolupracovníci (viz vhodná část) pracující na UO3 pomůže při studii protein-NMR. Synergická spolupráce mezi všemi UOS je tedy zásadní pro dosažení cílů projektu.