아밀로이드 생성 단백질의 진단 가능성 2부

4.1. 신경변성에서 아밀로이드 생성 단백질의 수준

지금까지 가장 일반적인 검출 전략은 형태나 PTM에 관계없이 특정 아밀로이드 생성 단백질을 조사하여 질병 상태에서 아밀로이드 생성 단백질의 총량에 대한 정보를 제공합니다.

질병과 기억의 관계는 큰 관심사이며 인간 건강에 큰 의미를 갖는 주제입니다. 좋은 기억력은 정보를 더 잘 처리하고 더 정확한 결정을 내리는 데 도움이 되는 인간 지혜의 표현입니다. 살아가면서 많은 사람들이 어떤 질병이 기억력을 손상시킬까 걱정하는 경우가 많지만, 실제로 삶에 대한 긍정적인 태도와 건강한 생활습관은 우리의 기억력을 보호하고 다양한 질병을 예방하는 데 도움이 될 수 있습니다.

첫째, 좋은 수면은 기억력 유지에 도움이 될 수 있습니다. 연구에 따르면 수면은 기억의 인코딩, 보존 및 과정을 포함하여 뇌 기억 시스템의 핵심 부분입니다. 수면 부족은 이러한 과정에 부정적인 영향을 미쳐 기억 상실로 이어질 수 있습니다. 따라서 매일 충분한 수면 시간을 유지하면 기억력 감퇴를 늦추는 데 도움이 될 수 있습니다.

둘째, 건강한 식단도 기억력을 유지하는 데 중요합니다. 인체에는 신체와 뇌에 영양을 공급하기 위해 영양소가 필요하며, 기억력을 향상시킬 수 있는 식품에는 견과류, 생선, 과일, 채소 등이 있습니다. 견과류에는 단백질과 지방산이 풍부해 뇌신경의 건강한 발달을 촉진할 수 있습니다. 생선에는 심혈관 및 신경계 건강에 유익한 오메가{0}} 지방산이 많이 포함되어 있습니다. 또한, 과일과 채소에는 항산화 물질이 풍부하여 인지 장애와 알츠하이머병과 같은 질병을 예방하는 데 도움이 됩니다.

마지막으로, 긍정적인 태도와 신체 운동도 기억력 유지에 도움이 될 수 있습니다. 긍정적인 감정과 긍정적인 사고는 뇌의 인지 능력을 향상시키고, 뇌의 신경 연결과 세포 증식을 활성화시켜 기억력 향상에 도움을 줄 수 있습니다. 또한, 규칙적인 운동은 혈액순환과 산소공급을 촉진시켜 뇌 건강에 도움이 됩니다. 요가, 태극권, 한의학과 같은 전통적인 운동 방법도 긴장을 완화하고 신체적, 정신적 건강을 증진하는 데 도움이 될 수 있습니다.

요약하면, 질병과 기억 사이에는 일정한 관계가 있지만, 삶에 대한 긍정적인 태도와 건강한 생활 습관은 다양한 질병으로 인한 기억력 손상을 예방하고 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러므로 우리는 항상 좋은 자세를 유지하고, 적극적으로 운동하고, 합리적인 식사를 하고, 건강한 생활습관을 유지하여 건강하고 행복한 삶을 향해 나아가야 합니다. 기억력 향상이 필요하다는 것을 알 수 있는데, 시스탄체에는 항산화, 항염증, 항노화 효과가 있어 뇌의 산화 및 염증 반응을 감소시켜 뇌의 건강을 보호할 수 있기 때문에 기억력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 신경계. 또한 시스탄체는 신경 세포의 성장과 복구를 촉진하여 신경망의 연결성과 기능을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 효과는 기억력, 학습능력, 사고속도 향상에 도움을 줄 수 있으며, 인지기능 장애 및 퇴행성 신경질환의 발생을 예방할 수도 있습니다.

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이러한 방법은 병리학적 기전이 유전적 돌연변이(예: 단백질의 유전적 변이가 환자에서 특이적으로 발현되는 경우, 표 2), 단백질 발현 수준(예: 환자에서 단백질 발현이 크게 변경되는 경우) 또는 잘못된 위치 지정(예: 환자에서 단백질 발현이 크게 변경되는 경우)에 따라 달라질 때 특히 효과적입니다. 환자의 신체 특정 부위에 단백질이 축적되는 경우).

AD의 경우 초기 실험은 전체 A의 CSF 농도를 측정하는 데 중점을 두었습니다. 그러나 환자와 대조군 사이에는 유의미한 차이가 발견되지 않았습니다[33]. 대조적으로 전체 타우에서는 유의미한 차이가 관찰되었습니다.

연구자들은 건강한 대조군에 비해 AD 환자의 CSF에서 총 타우의 현저한 증가를 발견했습니다[67]. CSF의 타우 농도와 AD 사이에는 명확한 연관성이 있지만 급성 뇌졸중, 뇌 외상에서도 더 높은 농도의 타우가 관찰됩니다. 및 기타 형태의 치매[66,68]로 인해 질병별 진단이 어려워집니다[44,66].

PD의 경우 소규모 코호트 연구에서 건강한 개인에 비해 환자의 CSF에 -syn이 약간 낮은 농도로 존재하는 것으로 나타났습니다 [68-70]. 이는 혈장과 타액에서도 관찰되었습니다.

대규모 연구에서 CSF -syn은 건강한 대조군보다 농도가 상당히 낮습니다[69]. 이러한 낮은 농도의 α-syn 접근 불가능한 체액은 단백질의 세포내 응집의 결과일 수 있습니다[69]. 그러나 -syn 단독 사용은 PD 진단을 위한 단일 바이오마커로 충분하지 않습니다[69]. 낮은 농도로 인해 TDP-43는 혈액에서 신뢰성 있게 측정하기가 어렵습니다[71,72].

그러나 CSF에서는 TDP{0}} 농도가 ALS 환자(6.92 ± 3.71 ng/mL)에서 건강한 대상(5.31 ± 0.94 ng/mL)보다 더 높은 것으로 나타났습니다. 예를 들어 PD, 다발성 경화증 및 Guillain-Barrésyndrome [73].

최근 연구에서는 CSF에 존재하는 TDP-43가 ALS, ALS/FTD 진단을 위한 아바이오마커가 될 수 있지만 FTD 단독에는 그렇지 않을 수 있다고 제안했습니다[74,75]. 특히, TDP-43를 포함한 단백질이 혈액에서 뇌척수액으로 확산될 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

또한, TDP-43는 뇌 외에 신체의 다른 부위에도 풍부합니다[54,76]. 따라서 뇌척수액의 TDP-43는 다른 신체 부위에서 유래할 수 있으며 뇌 병리를 적절하게 나타내지 못할 수 있습니다. FTD에서. 현재 연구 노력은 뇌에서 유래되어 뇌 병리를 더 잘 나타내는 CSF 엑소좀에 포함된 TDP{4}}를 모니터링하는 데 중점을 두고 있습니다[77].

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전반적으로, 지금까지 질병에서 단백질 발현과 농도가 변경된다는 사실에 대한 강력한 증거에도 불구하고 총 단백질 농도를 조사하는 것만으로는 널리 채택된 진단 접근법을 얻지 못했습니다.

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4.2. 신경변성과 관련된 PTM

앞서 언급한 바와 같이, PTM은 아밀로이드 생성 단백질의 응집 성향에 영향을 미치고 신경퇴행성 질환의 병리학적 메커니즘에서 중요한 역할을 합니다[27,28].

더욱이, PTM은 환자의 생물학적 샘플에서도 발견됩니다[27-29]. 비정상적인 PTM은 임상적으로 관찰 가능한 증상이 나타나기 훨씬 전에 발생할 수 있습니다. 이러한 관찰은 PTM을 조기 진단을 위한 바이오마커로 사용하기에 잠재적으로 적합하게 만듭니다(표 1).

4.2.1. 단편화와 분열

단백질 절단은 일반적으로 아밀로이드 응집과 관련된 PTM이며 시험관 내 및 생체 내 모두에서 광범위하게 조사되었습니다. 예를 들어 AD에서는 여러 APP 조각이 질병과 연결되어 있으며 A42와 A40이 가장 광범위하게 조사되었습니다. 그러나 A 37, A 38, A 39 및 A 43을 포함한 다른 형태의 A도 진단 가능성을 가지고 있습니다 [32].

A42의 CSF 농도는 대략 50%의 사례에서 대조군에 비해 AD 환자에서 더 낮은 것으로 밝혀졌습니다[78].

그러나 현재 CSF 농도 비율 A42/A40은 생리학적 개체간 단백질 발현 변동을 고려하기 때문에 진단적으로 더 정확한 것으로 간주됩니다[78,103].

A40 및 A42 외에도 A43의 농도는 조기 발병AD 환자의 뇌척수액에서 낮지만 경도 인지 장애 및 기타 형태의 치매 환자에서도 낮습니다[79].

반대로, A38은 AD 환자에서 더 높은 농도로 존재하며 AD를 다른 형태의 치매와 구체적으로 구별합니다[66]. 따라서 A42/A38 비율은 다양한 유형의 치매와 연관될 수 있으며 결합된 진단 진단 접근법에 사용될 수 있습니다[103,104].

-syn 및 TDP-43도 병리학적 메커니즘에서 역할을 하는 단편화를 겪을 수 있음에도 불구하고 체액에서 잘린 -syn 및 TDP-43 이소형과 잠재적인 바이오마커로서의 역할을 발견한 연구는 거의 없습니다. 알 수 없는 상태로 남아 있음 [28,54,105,106].

4.2.2. 인산화

A에서는 Ser8과 Ser26의 인산화가 독성 응집체의 풍부함과 안정성을 증가시키는 것으로 여겨집니다. 단량체와 비교하여 올리고머 A 종에서 이러한 변형의 강화는 인광체 특이적 단일 또는 다클론 항체를 사용하여 나타났습니다[80,81].

과인산화의 결과로 타우는 미세소관 네트워크에서 분리되어 응집됩니다. 따라서 타우 인산화는 NFT 형성의 핵심 사건으로 간주됩니다 [27].

최근 몇 년 동안 p-tau를 특이적으로 인식하기 위한 여러 항체가 개발되었으며 다양한 인산화 에피토프에 대한 다양한 ELISA 프로토콜이 개발되었습니다.

최근 Thr217의 p-tau(p-tau217)는 AD를 다른 타우병증을 포함한 다른 신경퇴행성 질환과 구별하므로 AD에 대한 강력한 혈장[86] 및 CSF[107] 바이오마커인 것으로 나타났습니다. 마찬가지로 -syn도 여러 잔기에서 인산화되었습니다. 언급할 만한 것은 Ser129(p- -syn129)의 인산화를 전달하는 -syn의 변형입니다.

이 변형은 여러 키나아제에 의해 발생하며 in vitro[95,96] 및 in vivo[108] 모두에서 -syn의 응집 및 독성에 영향을 미칩니다. 질량 분석법(MS)과 항체 기반 실험을 통해 PD 환자의 뇌에서 분리된 LB에 p{5}}syn129가 풍부하다는 사실이 밝혀졌습니다.

그들은 또한 체액 내 p- -syn129의 농도가 PD 환자에서 더 높고 질병 심각도와 상관관계가 있음을 보여주었습니다[109,110]. CSF에서 total -syn과 함께 p- -syn129의 정량화는 PD의 모델링과 잠재적으로 다른 파킨슨증과의 PD 감별 진단을 돕기 위해 제안되었습니다[110,111].

인산화된 TDP-43(예: Ser409 및 Ser410)에 특이적인 여러 항체가 개발되었습니다.

그러나 TDP-43는 여러 가지 다른 변형을 거치며 단백질의 인산화 상태만을 조사하는 것은 질병 상태를 정확하게 설명하지 못합니다. 현재 개발 중인 검출 접근법에는 TDP의 다양한 변형 및 형태를 표적으로 하는 다양한 항체의 결합 사용이 포함됩니다{1}} [75,77].

4.2.3. 아세틸화

아세틸화는 AD와 관련된 또 다른 주요 PTM입니다. A42- 및 타우 집합체의 전체 아세틸화 수준은 건강한 피험자에 비해 AD해마에서 상당히 높은 것으로 보고되었습니다[112].

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더욱이, 몇몇 연구에서는 A의 Lys16과 Lys28의 아세틸화가 모두 시험관 내에서 펩타이드의 응집을 변화시키는 것으로 나타났습니다[38]. 특히, Lys16의 아세틸화는 아밀로이드 대신에 무정형 응집체의 형성을 유도합니다[38,39].

타우는 다양한 잔기에서 아세틸화를 겪습니다. 특히, Lys174, Lys274 및 Lys280의 아세틸화는 단백질의 기능도 조절하는 것으로 밝혀져 가장 주목을 받았습니다.

이러한 변형 중 Lys280은 형질전환 쥐와 환자의 해마 조직에서 특이적으로 발견되었다[87]. PD 및 LB 치매(DLB)의 경우 환자의 뇌 조직(측두엽 피질 및 배외측 전전두엽 피질)이 용해되고 응집된 N-말단 아세틸화 -syn을 함유합니다[113].

N-말단 아세틸화는 시험관 내에서 단량체 -syn의 구조를 크게 변화시키는 것으로 밝혀졌습니다. 이 PTM은 -syn[97]의 N 말단의 나선형 접힘을 유도하는데, 이는 단백질과 막의 병리학적 결합을 촉진하는 것으로 제안되었습니다[114]. TDP-43는 아세틸화를 겪는 또 다른 단백질입니다.

이 PTM은 RNA결합을 폐지하고 단백질의 응집을 촉진합니다. 특히, Lys145의 아세틸화된 TDP-43는 ALS의 병변에서 검출될 수 있지만 FTD 환자에서는 검출되지 않습니다. 이는 TDP-43아세틸화가 ALS 발병과 연관되어 있으며 ALS와 FTD를 구별하는 데 사용될 수 있음을 시사합니다. 이는 다음과 같이 도움이 됩니다. 체액에서 쉽게 감지할 수 있는 경우 바이오마커입니다[29].

4.2.4. 산화 및 질화

산화 스트레스는 신경퇴행성 질환의 기여 요인으로 설명되었습니다[115]. AD에서는 사후에 AD 환자의 후두엽 피질에서 Met35의 A 산화가 검출되었습니다[116].

그러나 이러한 변형은 시험관 내에서 단백질의 응집을 늦추는 것으로 나타났으며 [30,82] 질병에서의 정확한 역할을 명확히 하기 위해서는 추가 조사가 필요할 것입니다. 산화된 아밀로이드 생성 단백질을 표적으로 삼는 대신, 현재의 진단 접근법은 주로 산화 스트레스 바이오마커(예: 산화 생성물 및 특정 대사산물)를 측정하는 데 중점을 두고 있습니다[115].

그러나 이러한 바이오마커는 신경퇴행에 특이적이지 않습니다. 왜냐하면 산화 스트레스는 염증과 암을 포함한 다양한 병리학의 맥락에서 유발되기도 하기 때문입니다[115]. 타우 및 TDP-43와 같은 산화된 아밀로이드 생성 단백질에 대한 항체 개발과 매우 민감한 접근법이 결합되어 진단에 도움이 될 수 있습니다.

Tyr 잔기의 질화는 환자 샘플의 여러 아밀로이드 생성 단백질에서 발견되었습니다(예: A의 Tyr10, tau의 Tyr29, -syn의 Tyr39)[28,30,37,89].

특히, 말초 혈액 세포(단핵구 및 적혈구)의 질화-syn 수준이 PD 환자에서 특히 더 높은 것으로 밝혀졌습니다. 따라서, 이 변형은 더 큰 규모의 연구가 필요하지만 현재 잠재적인 진단용 바이오마커로 간주됩니다[99,117].

Nitrosative 스트레스 분자는 현재 잠재적인 바이오마커로 평가됩니다. 그러나 이 경우에도 신경변성에 특이적이지 않아 추가적인 연구가 필요하다 [118].

4.2.5. 글리코실화

연구에서는 AD CSF 샘플에서 짧은 A O-당펩티드(A1-15 ~ 20)가 발견되었으며 이것이 유용한 바이오마커가 될 수 있다고 제안했으며, 당펩티드 프로파일과 농도는 훨씬 더 큰 규모의 전향적 연구에서 확인될 필요가 있습니다[119](표 1 ).

타우는 또한 N- 및 O-글리코실화를 겪는 것으로 나타났습니다. 흥미롭게도 O-글리코실화는 과인산화 및 PHF 형성에 대한 보호 메커니즘을 수행합니다[91]. 건강한 대조군에 비해 AD 뇌에서 더 낮은 수준의 O-글리코실화된 타우가 발견됩니다[91].

대조적으로, N-글리코실화는 타우 과인산화를 촉진하여 PHF에서의 축적을 촉진하는 것으로 나타났습니다. N-글리코실화는 인간 AD 뇌에서 발견되었지만 대조 뇌에서는 발견되지 않았으며 이는 진단을 위한 관련 변형이 될 수 있습니다[83].

PD에서는 α-syn의 N-아세틸글루코사민으로 글리코실화된 O-결합이 생체 내에서도 발견되었습니다[100].

글리코실화된 아밀로이드 생성 단백질의 검출을 기반으로 한 진단 접근법은 아직까지 대부분 탐구되지 않았으며 새로운 기술이 개발 중입니다. 환자의 글리코실화 패턴 평가에는 글리코블로팅 및 MS를 사용한 N-글라이콤 프로파일링이 포함됩니다[120,121].

4.2.6. 유비퀴틴화

유비퀴틴은 잘못 접힌 단백질에 라벨을 붙이고 유비퀴틴-프로테아좀 시스템을 통해 분해되도록 표적화합니다. 아밀로이드의 비정상적인 축적은 유비퀴틴-프로테아좀 경로의 변경으로 인해 발생할 수 있다고 믿어집니다[122].

유비퀴틴은 건강한 대조군에 비해 AD 환자의 피질 조직에 더 높은 농도로 존재하는 것으로 밝혀졌습니다[122,123]. 초기 연구에서 유비퀴틴화의 대부분은 타우가 엉킴에 응집될 때 발생한다는 것이 밝혀졌지만, 유비퀴틴은 예를 들어 Lys63 접합을 통해 용해성 타우에서도 발견되었습니다[92,93].

특히, Lys48, 특히 Lys63-연결된 폴리유비퀴틴화와 모노유비퀴틴 변형이 엉킴의 생물 발생에 기여하는 것으로 밝혀졌습니다.

추가 분석에서는 진단 가치를 평가하기 위해 Lys63 유비퀴틴화 타우 검출에 중점을 둘 수 있습니다[94]. -Syn은 부검된 DLB 환자 뇌의 피질 조직의 LB에서 단일-, 이중- 및 삼중-유비퀴틴화되어 발견됩니다[124].

Lys6, Lys12, Lys21, Lys43 및 Lys96의 유비퀴틴화는 원섬유 형성에 대한 억제 효과가 있는 것으로 나타났지만, Lys10 및 Lys23의 유비퀴틴화는 반대 효과를 가지며 병리학적 역할을 할 수 있습니다.

그러나 체액 내 존재 및 PD 병리와의 연관성은 아직 알려지지 않았습니다[28]. 유비퀴틴화된 TDP-43는 FTD 사례의 약 50% 및 ALS 사례의 97%에서 응집체의 주요 구성 요소이며 하류에 있는 것으로 보입니다. 인산화의. 그럼에도 불구하고, TDP-43 집합에 대한 유비퀴틴화의 효과는 여전히 더 명확해질 필요가 있습니다[29].

현재 잠재적인 진단 접근법은 CSF의 유비퀴틴화 단백질보다는 유리 비접합 유비퀴틴을 측정하는 데 중점을 두고 있습니다[125]. CSF의 유비퀴틴 양은 뇌의 단백질 응집체 수를 반영하고 바이오마커 역할을 할 수 있다는 것이 관찰되었습니다[125,126].

4.3. 아밀로이드 응집체 및 아밀로이드에 민감한 프로브

현재, 특정 집합체 형태를 목표로 하는 생체분자 도구를 생성하는 데 초점을 맞춘 연구 노력이 증가하고 있습니다(그림 2). 이 전략의 기초가 되는 이론적 근거는 아밀로이드 생성 단백질이 단량체일 때 일반적으로 독성이 약한 반면, 응집될 때 독성이 상당히 증가한다는 사실로 구성됩니다[13].

최근 증거에 따르면 올리고머는 특히 독성이 있습니다[13]. 따라서 신경퇴행성 질환의 진행 및 중증도를 모니터링하기 위해 아밀로이드 및/또는 올리고머의 농도를 구체적으로 정량화할 수 있습니다(표 2, 그림 3).

이러한 맥락에서, 소분자 형광 프로브, 형태 선택 항체 및 압타머를 포함하여 아밀로이드 및 아밀로이드 유사 응집체에 대한 여러 프로브가 개발되었습니다[127-130].

특히, 아밀로이드에 민감한 형광 분자를 사용한 단일 분자 연구는 환자의 체액에 존재하는 개별 가용성 응집체를 조사할 수 있었습니다.

이를 위해 아밀로이드의 크로스{0}}시트 구성요소에 결합 시 형광을 증가시키는 티오플라빈 T(ThT)와 같은 작은 분자가 사용되었습니다. 이 접근법을 사용하여 연구자들은 AD 및 PDCSF 샘플에서 가용성 아밀로이드 유사 응집체를 정량화할 수 있었습니다[131,132].

ThT 외에도 티오플라빈 X[135]와 같은 분자 회전자[133,134]를 포함하여 유사한 형광 특성을 가진 다른 분자가 개발되었습니다.

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이러한 소분자 프로브 외에도 다양한 아밀로이드 생성 단백질의 올리고머를 프로브할 수 있는 항체 단편 및 압타머와 같은 고특이적 생체분자가 개발되었습니다[127,136,137].

최근 나노규모 지형에서 아밀로이드 특이적 앱타머와 DNA 점 축적을 이용한 초고해상도 현미경 검사법은 접합형광단 없이도 PD 환자의 샘플에서 응집된 α-syn과 A를 검출할 수 있었습니다[138].

전통적으로 항체는 생체 내에서 면역화 및 하이브리도마 기술을 사용하여[139,140] 또는 시험관 내에서 디스플레이 기술을 사용하여 잘 확립된 기술을 사용하여 생성되었습니다[141].

새로운 in silico 항체 발견 방법의 출현으로 비용 및 시간 효율적인 방식으로 항체를 생성할 수 있게 되었습니다[142]. 조합 및 에너지 기반 디자인을 활용하는 구조 기반 알고리즘인 AbDesign은 인슐린과 마이코박테리아 아실 운반 단백질을 표적으로 하는 항체 단편을 디자인하는 데 성공했습니다[143].

OptMAVEn[144] 및 Rosetta 항체 디자인[145]과 같은 구조 기반 절차를 사용하여 유사한 성공이 이루어졌습니다. 최근에는 항체 스캐폴드의 상보성 결정 영역에 이식될 수 있는 표적 에피토프에 대한 상보성 펩타이드를 디자인하기 위해 Cascade 방법[128]이 개발되었습니다.

캐스케이드(Cascade) 방법은 이전에 A42 아밀로이드 및 올리고머를 표적으로 하는 형태 특이적 항체를 설계하는 데 사용되었습니다[127,146].

4.4. 뇌의 아밀로이드에 대한 PET 신경영상 촬영

PET 영상은 방사성추적자를 활용하여 생체 내 뇌의 아밀로이드 존재를 검사합니다[147]. 방사성추적자는 혈액뇌관문을 통과할 수 있는 높은 친유성을 특징으로 합니다.

피츠버그 화합물 B(11C-PiB)는 ThT의 형광 유사체이며 2004년에 PET를 사용하여 아밀로이드 원섬유를 추적하는 데 처음 사용되었습니다. 11C-PiB는 현재 대뇌 A 병리의 PET 영상화에 가장 많이 사용되는 방사성 리간드 중 하나입니다[148](표 2) .

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