Sykdomsbiosignaturer i ALS/FTD -spektrum: Nye effektive biologiske perspektiver utover kliniske tilnærminger (SPECTRALS)

Amyotrofisk lateral sklerose (ALS) og frontotemporal demens (FTD) anses som to manifestasjoner av det samme sykdomskontinuumet, og deler vanlige kliniske, genetiske og patologiske trekk. Begge sykdommene kan til og med forekomme hos den samme pasienten, men de underliggende mekanismene som utløser ALS, FTD eller deres blandede fenotype er ikke helt forstått. Dessverre mangler fortsatt pålitelige biomarkører for ALS/FTD klinisk diagnose. Målet med dette prosjektet er å bruke en banebrytende, tverrfaglig tilnærming for å undersøke ikke bare tradisjonelle cerebrospinalvæske (CSF) prøver, men også andre lett tilgjengelige vev som hud, luktende slimhinne (OM), serum og tårer. Dette prosjektet har til hensikt å avdekke nye biomarkører som er i stand til å gjenkjenne ALS/FTD kliniske fenotyper, styrke den kliniske diagnosen spesifikke fenotyper (f.eks. Bulbar vs spinal begynnelse ALS), forutsier pasienter med risiko for å utvikle en fenotype med blandet sykdom (ALS+FTD eller omvendt), evaluere effekten av terapeutiske behandlinger og i stand til å avduke spesifikke biologiske mekanismer involvert i begynnelsen og progresjonen av hver sykdom. Merverdien av prosjektet er at det vil utforske ALS/FTD fra et perifert synspunkt ved å bruke vev som ennå ikke er grundig undersøkt i dette forskningsfeltet. Disse vevene vil enten bli utsatt for direkte analyse for biomarkøroppdagelse eller behandlet for å utføre celle- og strukturstudier som er nyttige for å utdype vår forståelse av ALS/FTD nevrodegenerative prosess og avdekke nye medisinerbare molekyler eller mekanismer. For å oppnå våre mål, vil det første året av prosjektet være dedikert til å registrere pasienter, og utføre også en retrospektiv studie ved bruk av allerede tilgjengelig CSF, serum, tårer og OM-prøver samlet fra en omfattende karakterisert kohort av pasienter med Bals, Sals, FTD så vel som personer med andre ikke-neurodegenerative nevrologiske forhold (NNC). Disse prøvene vil bli utsatt for følgende analyser (1) NGS, (2) SIMOA (for å kvantifisere NFL, Tau, Phospho-tau og beta-amyloidproteiner), (3) mikrofluidisk (for å bestemme miRNA og lang ikke-kodende RNA-profil), (4) bioplex (INMUNT-IMPLAPIPIPT (4) (4) for å evaluere hilsen (4), (4) for å bestemme mira og lang kodende RNA-profil), (4) bioplexen (4), (4) (5) Frøforsterkningsanalyse (for å oppdage perifer patologisk TDP-43), og (6) MiSeq Illumina (for å analysere mikrobiotasammensetning). For mikrofluidiske og bioplex analyser vil den retrospektive studien tjene til biomarkøroppdagelse. Mens SIMOA, SAA og MiSEQ analyserer denne studien, vil denne studien tillate innsamling av sentrale foreløpige data og finjustering av de analytiske prosedyrene. Søkerne har allerede innhentet lovende data som viser at miRNA-profilen i serum og TDP-43-innhold i OM (SAA) kan skille mellom Bals og Sals. Disse funnene antyder at molekylær og biologisk profilering er gjennomførbar og kan påtagelig påvirke diagnosen ALS/FTD. Det andre året av studien vil fokusere på å utsette de nylig innsamlede prøvene for de samme analysene som tidligere beskrevet, enten for biomarkørvalidering eller for å samle alle nødvendige og essensielle data for å bestemme om og i hvilken grad noen perifere endringer faktisk skiller seg mellom patologier. Alle dataene vil bli behandlet av Data Science Center -gruppen (ekspertbioinformatikere, statistikere, matematikere og nevrobiologer) for å vurdere om funnene våre tillater identifisering av sykdomsbiosignaturer i ALS/FTD -spekteret.

Forskningsgruppen er sammensatt av fire operative enheter (OUS): Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta (UO1), Università Degli Studi Di Napsienda (UooRoyRo. Sassari (UO4). Det er besluttet å inkludere en gruppe fra Sardinia (UO4) fordi det er en av de italienske regionene med den høyeste forekomsten av ALS og vil bidra til påmelding av pasienter med mer heterogene kliniske presentasjoner. OU1 og UO4 vil være ansvarlig for å velge retrospektive biologiske prøver og rekruttere ALS/FTD- og NNC -pasienter det første året av studien. CSF, blod, tårer, hud og OM -prøver har blitt eller vil bli samlet ved hjelp av standardiserte og delte prosedyrer med OU1 og UO4 fra totalt SALS (n = 105), BALS (n = 32), FTD (n = 66) og NNC (n = 27) pasienter. En delmengde av prøver samlet fra SALS (n = 45), Bals (n = 12), FTD (n = 30) og NNC (n = 12) pasienter er allerede tilgjengelig på UO1 og UO4 og vil bli analysert i løpet av det første året av ny pasientinnmelding. Alle rekrutterte forsøkspersoner vil gjennomgå omfattende kliniske og nevropsykologiske vurderinger og vil bli utsatt for Burghart Sniffin 'Sticks -test før CSF, blod, OM, prøvetaking av hud og tårer. Prøver vil bli distribuert og analysert av hver UO som følger: CSF vil bli utarbeidet enten for SIMOA-analyse ved UO4 eller for (1) miRNA og lang ikke-kodende RNA, og (2) SAA-analyser ved UO1. Blod vil umiddelbart bli behandlet ved UO1 og UO4 for å isolere serumfraksjonen som vil bli analysert ved UO4 (SIMOA-måling av NFL, amyloid-beta, tau og fosforylerte ved treonin 181 tau (p-tau) nivåer) og UO1 (evaluering av miRNA og langvarig ikke-kodet RNA-profiler. Tårer vil være forberedt for miRNA og lang ikke-kodende RNA eller for SAA-analyser ved UO1. OM vil være forberedt på (1) miRNA og lang ikke-kodende RNA, (2) SAA og (3) mikrobiota-analyser ved UO1. Endelig vil huden være forberedt på (1) miRNA og lang ikke-kodende RNA eller (2) SAA-analyser ved UO1 og vil bli behandlet for å oppnå primære cellefibroblaster som vil bli sendt til UO2 for (3) cellebiologistudier inkludert superoppløsningsmikroskopianalyse av intracellulær aggregater og molekylær karakterisering av deres internalisering/nedbryting av intracellulær aggregater og molekylær karakterisering av deres internalisering/nedbryting av intracellulær aggregat. Til slutt vil UO3 (1) produsere rekombinant TDP-43 (for SAA-analyser utført på UO1) som har spesielle funksjoner som er nyttige for å produsere NMR-spektre av god kvalitet for detaljert strukturell karakterisering og (2) analysere utvalgte SAA-produkter med protein-NMR. Alle data generert i dette prosjektet, inkludert all relevant klinisk og psykologisk informasjon, vil bli analysert av medlemmer av Data Science Center (DSC) -gruppen som nylig er opprettet på UO1. DSC kombinerer ekspertisen til bioinformatikere, statistikere, matematikere og nevrobiologer med sikte på å anvende sofistikerte analytiske metoder på kliniske, omics og avbildningsdata. Til slutt vil andre samarbeidspartnere (se passende seksjon) som fungerer på UO3 hjelpe til med protein-NMR-studie. Dermed er synergistisk samarbeid mellom alle UOS avgjørende for å oppnå målet for prosjektet.