Biomarker Discovery in Alzhemeir and Parkinson's Disease: a proteomics approach to PBMCs

Abstract

As doenças de Alzheimer e Parkinson (AD e PD) são as duas doenças neurodegenerativas mais comuns e que têm associadas sintomatologias muito características. Contudo, um diagnótico definitivo só pode ser alcançado através da análise de tecido cerebral na autópsia. Por isso, a pesquisa de biomarcadores em células periféricas pode fornecer informações úteis para o desenvolvimento de técnicas de diagnóstico precoces, não invasivas mas precisas.O presente trabalho tem como objectivo caracterizar o conjunto das proteínas nas células mononucleares periféricas do sangue (PBMCs) de doentes diagnosticados com as doenças, e compará-los com indivíduos controlo. A relevância das PBMCs para este trabalho prende-se com a capacidade das PBMCs acederem ao Sistema Nervoso Central e manterem um registo dos antigénios que lhes são apresentados, servido assim como marcadores periféricos para doenças do cérebro. O objectivo é identificar e quantificar proteínas ou vias que estejam alteras e que sejam características das doenças. Os perfis de expressão proteíca servirão também como uma tentativa de categorizar indivíduos com suspeita de uma das doenças.Para tal, usou-se SWATH-MS, o estado da arte em análises proteómicas quantitativas, em 61 amostras de PBMCs, das quais 9 eram controlos (CTRL), 21 eram AD, 18 eram PD, 5 eram Potenciais PD e 8 Potenciais AD, com 1938 proteínas quantificadas. Dessas, 116 passaram os filtros de qualidade e testes estatísticos (alteração de 50%). Realizaram-se comparações entre grupos (CTRL vs. AD, CTRL vs. PD e AD vs. PD) e estudou-se a relevância biológica de grupos de proteínas. Ferramentas bioinformáticas permitiram uma caracterização geral das proteínas identificadas para vias enriquecidas e perfis de expressão.Os resultados deste trabalho fornecem uma análise compreensiva do proteoma das PBMCs em doentes de AD e PD em comparação com indivíduos CTRL. Os grupos selecionados de proteínas precisam ainda de mais análise para inferir o seu potencial enquanto biomarcadores.

Alzheimer and Parkinson’s Disease (AD and PD) are the two most common neurodegenerative disorders that have a very characteristic symptomatology associated. However, a definitive diagnosis can only be achieved through post-mortem brain tissue analysis. Thus, biomarker discovery on peripheral cells may provide useful information for the development of early, non-invasive but accurate diagnosis tools.The present work aims to characterize the protein content of the peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from patients diagnosed with the diseases, and compare them with control individuals. PBMCs relevance for this work lies on their ability to enter the CNS and to keep record of presented antigens, thus serving as peripheral markers sources for brain diseases. The goal is to identify and quantify proteins or major pathways that may be altered and at the same time be characteristic of the pathologies. These proteins expression profiles will also serve as an attempt to categorize individuals with suspected or doubtful diagnosis.To achieve this goal, a state of the art quantitative proteomics, SWATH-MS, was performed for 61 PBMCs samples, of which 9 were Control (CTRL), 21 were AD, 18 were PD, 5 were Potential PD and 8 were Potential AD and 1938 proteins were quantified. Of those proteins, 116 passed the quality filters and statistical tests (50% alteration). Group comparisons were performed (CTRL vs. AD, CTRL vs. PD and AD vs. PD) and biological relevance of selected groups of proteins was accessed. Bioinformatics tools allowed an overall characterization of the identified proteins for pathway enrichment and expression profiles.The results of this work provide a comprehensive analysis of PBMCs proteome of AD and PD patients in comparison to PBMCs from CTRL individuals. Selected groups of altered proteins still need more analysis for biomarker potential.