CNS Tau Kinetics in Healthy Aging and Alzheimer's Disease

Målet med denne undersøgelse er at undersøge, hvordan tau virker i det menneskelige centralnervesystem (CNS) og at teste hypotesen om, at tau er ændret (dvs. øget produktion, nedsat clearance og øget indsamlingshastighed) med alderen og i sygdomme forårsaget af forstyrrelsen af, hvordan tau normalt virker. Vi vil først teste denne hypotese i AD og derefter teste og sammenligne andre tau-sygdomme i fremtidige undersøgelser. Vi har for nylig udviklet en ny tilgang til at måle tau i det humane CNS. Vi foreslår at bruge denne tilgang til at løse grundlæggende spørgsmål om human tau-produktion og metabolisme i Alzheimers sygdom. Forskere har designet denne undersøgelse for at bestemme, hvor længe tau forbliver i kroppen. Det involverer mærkning eller markering af tau med en særlig type af en essentiel aminosyre kaldet leucin. Vores kroppe får naturligt leucin fra de fødevarer, vi spiser.

I denne undersøgelse vil deltageren enten få mærket leucin gennem intravenøs infusion eller få mærket leucin i en drink. Forskerne mener, at det ville være mere bekvemt for deltageren, hvis undersøgelsen blev udført ved at give leucinen ved infusion, men denne metode er ikke blevet testet med tau. Den første del af undersøgelsen går ud på at teste infusionsmetoden og finde den optimale infusionshastighed og tid til forhåbentlig at se tau. Hvis metoden ikke kan bekræftes med den unge normale kontrolgruppe, vil undersøgelsen gå videre til at bruge den orale metode til mærkning. Dette har vist sig at virke, men det vil være mere belastende for deltagerne. Leucinen er en stabil form for kulstof, der findes i naturen og har ingen bivirkninger, men det vil holde sig til visse proteiner såsom tau, hvilket gør tauen "synlig" for forskere. Når de er mærket, vil forskerne tage prøver af Cerebral Spinal Fluid (CSF) på forskellige tidspunkter og bestemme, hvor længe tauen forbliver i systemet. Denne tid kaldes "halveringstiden". At kende halveringstiden for tau vil hjælpe forskere med at udvikle kliniske forsøg, der er rettet mod tau og fremtidige terapeutiske interventioner for AD.

Den første type mærkning er intravenøs infusion af leucin. Efter vellykket screening ville forsøgspersonen komme til CARS kl. 07:00 (fastende fra kl. 22:00 natten før) og få anbragt et intravenøst ​​kateter. Forskerne ved ikke præcis, hvor meget leucin, der skal til for at kunne mærke Tau, så de kan se det. De første undersøgelser vil være med unge normale kontroller i alderen 18 år og ældre. Forskeren vil teste følgende mængder leucin; Leucininfusion i 24 timer med en hastighed på 4 mg/kg/time. Forskerne vil behandle prøverne med det samme. Hvis tau er synlig ved denne mængde, vil en anden deltager modtage en kortere infusionstid, leucininfusion i 16 timer med en hastighed på 4 mg/kg/time. Forskerne vil behandle prøverne med det samme, hvis tau er synlig ved denne mængde, vil en tredje deltager modtage en mindre mængde leucin til at mærke tau. Leucininfusion med en hastighed på 2/mg/kg/time i 24 timer. Prøverne vil blive testet, og hvis tau ses ved denne mængde, vil en mindre mængde af infusionstid blive prøvet. Leucininfusionen udføres med en hastighed på 2/mg/kg/time i 16 timer. Dette ville være målet med undersøgelsen at infundere den mindste mængde leucin i den mindste mængde tid.

Alle måltider tilberedes af Forskerkøkkenet. Når deltageren modtager leucin, skal deltageren have deres måltider kontrolleret for den naturlige leucin, der findes i vores kost. Deltageren modtager tre måltider og tre snacks i løbet af 24 timer og derefter en BJC cafeteria morgenmad efter deres første lumbale punktering.

Når mængden og tidspunktet for leucininfusion er optimal, vil flere unge normale kontroller gentage infusionsundersøgelsen til bekræftelse. Hver deltager vil gennemføre i alt 5 lumbale punkteringer over tid.

Hvis infusionsmetoden ikke er i stand til at vise tilstrækkelige niveauer af tau, vil undersøgelsen gå videre til den orale metode til mærkning. Deltagerne kommer til Forskerkøkkenet på dag ét for at hente måltider i to dage, leucin i to dage samt en kostdagbog. Deltagerne vil modtage en hel del forklaring og støtte, da denne metode er byrdefuld på grund af besøgene, tre dage om ugen for at hente deres mad, samt behov for at blande og drikke leucin i Kool-Aid 3 gange om dagen i 10 dage, og før kostdagbog.

Når deltagerne er mærket, udføres lumbalpunkturerne. Infusionen og den orale metode har hver et skema med lumbalpunkturdage.

Grundlæggende spørgsmål om tau-kinetik og -behandling er ikke blevet behandlet hos mennesker. Der har ikke været nogen pålidelig teknik til at måle in vivo tau-metabolisme. Spørgsmål som 1) hvad er halveringstiden for tau i det menneskelige centralnervesystem (CNS), 2) er cerebrospinalvæske (CSF) tau øget på grund af overproduktion eller under-clearance, 3) er taukinetik ændret i Alzheimers sygdom (AD) og 4) hvor meget tau skal moduleres af lægemidler, der er målrettet mod tau, er ikke blevet behandlet til dato hos mennesker. Vi foreslår at anvende en nyligt udviklet tau-stabil isotopmærkningskinetik (SILK) metode til at måle taukinetik hos AD-patienter og aldersmatchede kognitivt normale kontroller for at bestemme fysiologiske og patofysiologiske ændringer i tau-metabolisme. Vi antager, at tau-produktionen vil blive øget i AD.

Mål 1: At måle fysiologisk taukinetik med tau SILK metoden i CNS hos normale menneskelige deltagere og bestemme virkningerne af alder. (a) Vi vil kvantificere in vivo CNS tau SILK kinetik af 10 YNC'er (alder 18-64) og bestemme den fysiologiske kinetik af human tau. (b) Vi antager, at tau-halveringstid og clearance nedsættes med stigende alder. Tau kinetik under normale fysiologiske forhold vil blive sammenlignet på tværs af forskellige aldersgrupper. Deltagerne med normale CSF-tau-koncentrationer og normale tau-PET-billeddannelsesresultater fra 10 aldersmatchede kontroller (alder 65 og ældre) fra mål 2 vil blive inkluderet i analyserne.

Mål 2: At bestemme patologiske ændringer i taukinetik ved AD demens. Vi antager, at produktion af opløselig tau øges i AD med efterfølgende stigning i aggregeringshastigheder og irreversibelt tab af opløseligt tau. Vi vil undersøge kinetikken af ​​CNS tau hos 10 deltagere med sen-debut AD demens og 10 kognitivt normale aldersmatchede kontroller (alder 65 og ældre).

Resultater fra denne tau SILK undersøgelse vil hjælpe med at belyse den dynamiske kinetik af human CNS tau i fysiologi og patofysiologi af tauopatier. Tau SILK-metoden vil lette fremtidige bestræbelser på at evaluere effektiviteten af ​​tau-målrettede terapier og hjælpe effektivt med at designe fremtiden

Genetiske og biokemiske beviser tyder på, at amyloid beta og tau bidrager til patogenesen og patofysiologien af ​​Alzheimers sygdom (AD). Tau cerebral spinalvæske (CSF) niveauer korrelerer med kognitivt fald i AD, men i øjeblikket har vi ringe viden om tau metabolisme hos mennesker, da ingen tidligere metode kunne teste hypotesen om, at kinetikken af ​​tau ændres ved sygdom. Vi var pionerer med stabil isotopmærkningskinetik (SILK) for at bestemme Abeta; kinetik og viste øget Abeta42-produktion i mutationsbærere af tidlig debut af AD og nedsat Abeta; clearance i sporadisk AD. Vi foreslår nu at bruge den nyligt udviklede tau SILK-metode til at bestemme tau-kinetikken i det menneskelige centralnervesystem (CNS). Tidligere undersøgelser med musemodeller tyder på, at tau er et protein med langsom omsætning med en halveringstid på cirka 2 uger. Det er også mindre rigeligt sammenlignet med Abeta; dog har vi brugt følsom massespektrometrimetode til at detektere og måle mærket tau i human CSF.

Kvantificering af den fysiologiske og patologiske kinetik af tau i dette forslag vil være afgørende for at forstå patogenesen af ​​AD og andre tauopatier. For eksempel spørgsmål som "hvorfor øges tau i AD CSF - overproduktion eller nedsat clearance?" skal behandles for at vejlede terapeutisk målretning. Ved at kvantificere ændringerne i tau-produktion og clearance kan der laves bedre estimater af målengagement. Tau SILK-metoden vil være et uvurderligt værktøj i fremtidige undersøgelser til at bestemme patofysiologien af ​​tau i AD og andre neurodegenerative sygdomme (f. Corticobasal degeneration (CBD), Progressiv supranukleær parese (PSP) og Frontotempral Demens (FTD) og for at evaluere potentielle lægemiddelkandidater og genetiske manipulationer, der er rettet mod Tau. En kombination af tau SILK-protokollen og en ny tau PET (T807) billeddannelse giver os mulighed for at undersøge dynamikken in vivo menneskets opløselige og aggregerede tau dynamik.