Forskning om diagnos och behandling vid Alzheimers sjukdom

Forskning om diagnos och behandling vid Alzheimers sjukdom Erik Portelius Sahlgrenska Universitetssjukhuset, PhD Institutionen för neurovetenskap och fysiologi vid Göteborgs Universitet Kompetensutveckling för Biomedicinska Analytiker inom Klinisk Kemi i Västra Götaland 2013-10-10

Neurokemi Lab, Mölndal Institutionen för neurovetenskap och fysiologi vid Göteborgs Universitet. Sahlgrenska Universitets sjukhuset

Disposition Alzheimers sjukdom - Bakgrund Målpeptiden - Aβ Vad är en biomarkör? Resultat del I Nya biomarkörer för Alzheimers sjukdom? Resultat del II Nya markörer för att följa behandlingar? Vad händer sen? Sammanfattning

Dr Alzheimers upptäckt Alzheimers sjukdom karaktäriseras av 3 förändringar i hjärnan Förlust av neuroner Plack Tangles PLACK TANGLE

Alzheimers sjukdom Peptiden β-amyloid En av huvudbeståndsdelarna av plack är peptiden β-amyloid (Aβ) Aβ peptider finns i cerebrospinal vätska (CSV)

Antal publikationer/år Amyloid och Alzheimers sjukdom 1600 1400 1200 13688 st! 1000 800 600 400 200 0 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Varför har vi β-amyloid? Kommer från ett större protein (APP) 1 β-sekretas γ-sekretas 770 β-ctf β-site APP-cleaving enzyme 1 (BACE 1) γ-sekretas D A E F R H D S G Y E V H H Q K L V F F A E D V G S N K G A I I G L M V G G V V I A

Alzheimers sjukdom Vad vet vi idag? Alzheimers sjukdom är den vanligaste formen av demens Cirka 70000 personer i Sverige lider av Alzheimers sjukdom Den största riskfaktorn för att få sjukdomen är ökande ålder Det finns en ärftlig form (familjär Alzheimers)

Vad kan man se i CSV vid Alzheimers? Aβ monomerer Aβ fibriller Neurofibrillary Tangles Aβ1-42 ( ) P-tau ( ) Aβ plack T T T T T T T T T T S S S S S S S S S S S S S Axonal skada T-tau ( ) 4R/2N (441 residues) 4R/1N (412 residues) 4R/0N (383 residues) 3R/2N (410 residues) 3R/1N (381 residues) 3R/0N (352 residues)

Hypotes varför man får Alzheimers sjukdom Amyloid kaskad hypotesen Mutationer i specifika gener Ålder Ökad produktion eller minskad nedbrytning av β-amyloid β-amyloid ansamlas i plack i hjärnan Skador på synapser? Lokala inflammationer Cell död Andra riskfaktorer Ökande minnessvikt

Vad ska man analysera för att studera Alzheimers sjukdom? Vävnad CSV Blod Närhet till sjukdom Tillgänglighet Koncentration CSV är hjärnans spegel

Proteomik på CSV Ett problem? Total protein koncentration i CSV = 0.35 g/l Koncetration Aβ42 i CSV = 500 pg/ml Ekegren et al. J. Mass Spectrom. 2008, 43, 559-571

Sökandet efter en ny markör -hur ska en ideal markör vara- Ska avspegla sjukdoms mekanismen Ska vara testad och validerad i konfirmerade Alzheimers fall Pålitlig, billig.. Lätt att mäta utan smärta eller lidande för patienten Oberoende studier ska få samma resultat Ska kunna användas för att mäta effekt vid behandlingar

Ok men hur ska vi göra???? Alois Alzheimer 1906

Målinriktad proteomik Ett sätt att hitta nya markörer Målinriktad proteomik - Leta/Fiska efter specifika proteiner och peptider - Affinitetsupprening kombinerat med masspektrometri

Vad är en masspektrometer Ett verktyg för att identifiera nya markörer En molekylär våg! 8 3 5 4 2

Vad är en masspektrometer Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight + Detektor TIME OF FLIGHT En mycket exakt våg 20 kv

Affinitetsupprening Masspektrometri Hur gör man? Tvätta Affinitetsrening Magnetiska kulor CSV Aβ Eluera Olika varianter av Aβ Masspektrometri

β-amyloid mönstret i CSV Epitop Aβ DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA Aβ17 Aβ37 Aβ40 Förekomst Aβ13 Aβ14 Aβ15 Aβ16 Aβ18 Aβ19 Aβ20 Aβ30 Aβ33 Aβ34 Aβ38 Aβ39 Aβ42 Ökande massa Portelius et al, J Proteome Res 2006

β-amyloid mönstret i en Alzheimers hjärna -vad består placken av- Intens. [a.u.] 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Cerebellum Hippocampus Cortex paβ11-42 Aβ9-40 Aβ9-42 Aβ8-42 Aβ5-40 Aβ4-40 Aβ4-42 paβ3-42 2000 2500 3000 3500 4000 4500 m/z Aβ5-42 Aβ5-42 Aβ4-42 paβ3-42 Aβ4-42 paβ3-40 paβ3-42 Aβ1-42 Aβ1-42 Aβ1-40 Aβ1-42 Portelius et al, Acta Neurpathol 2010

Portelius et al, Neurosci Lett 2006 Kliniska studier Alzheimers patienter och kontroller Studie 1 Aβ1-16 ökar Aβ1-42 minskar Studie 2 (familjär Alzheimers) Aβ1-16 ökar Aβ1-42 minskar Och Aβ1-37 minskar Aβ1-38 minskar Aβ1-39 minskar

Markörer för att följa läkemedelsbehandlingar mot Alzheimers sjukdom

Påminnelse.. β-sekretas γ-sekretas D A E F R H D S G Y E V H H Q K L V F F A E D V G S N K G A I I G L M V G G V V I A

Behandlingsmarkörer för Alzheimers sjukdom β-sekretas Vilka behandlingar som testas idag! Mediciner för att minska bildandet av Aβ β-secretase inhibering (BACE1) γ-secretase inhibering γ-secretase modulering Mediciner för att förhindra Aβ att klumpa ihop sig Mediciner för att öka nedbrytning av Aβ (Vaccinering) γ-sekretas Behandlingsmarkörer Identifiera en biokemisk effekt Identifiera vilka som svarar mot behandling Underlätta vid dosering av mediciner Säkerställa stabila behandlingseffekter

Pågående behandlingsstudier 2010

Pågående behandlingsstudier 2012

Aβ1-15 och Aβ1-16 -2 nya markörer för att följa behandling- Studiedesign: Nya mediciner testas på celler Behandling: - secretase inhibitorer (gamma, beta, alfa + kombinationer) Aβ17 Aβ40 Aβ15 Obehandlad Aβ16 Aβ42 Aβ16 Aβ15 Behandlad med γ-sekretas hämmare 2000 2500 3000 3500 4000 4500 m/z Portelius et al, Neurobiol Aging, 2011

Aβ1-16 och Aβ1-15 -Ny processningsväg för APP- γ-sekretas vägen α-sekretas vägen β-sekretas β-sekretas Aβ1-15/16 α-sekretas γ-sekretas

γ-secretase modulering Studie design: Hundar behandlade med γ-secretase modulatorn E2012 CSV togs innan behandling + 4 8 24 timmar efter behandling Aβ40 15 p=0.001 Aβ37 Aβ17 Aβ38 10 5 Aβ37 Aβ42 0 0 4 8 24 Tid/h Innan behandling Aβ37 5 p=0.010 4 3 Aβ42 2 80 mg/kg behandling med GSM E2012 1 0 0 4 8 24 Tid/h Portelius et al, JAD 2010

Behandlingsstudier Minska bildandet av Aβ Studie 1: Alzheimers möss behandlade med γ-sekretas hämmare Aβ1-15 och Aβ1-16 ökar Studie 2: Hundar behandlade med γ-sekretas hämmare Aβ1-15 och Aβ1-16 ökar Aβ1-34 minskar Studie 3: Hundar behandlade med γ-sekretas modulerare Aβ1-40 och Aβ1-42 minskar Aβ1-37 ökar Studie 4: Hundar behandlade med β-sekretas hämmare Aβ5-40 ökar

Ok Men fungerar det i människa?

En klinisk studie med Alzheimers patienter Studiedesign: Fas II, 35 patienter med Alzheimers diagnos 14 veckor behandling med γ-sekretase inhibitorn LY 450139 ( 100 mg + 140 mg + placebo) Likvor analyserades innan och 14 veckor efter behandling Analys med affinitetsrening och masspektrometri Relative change/% 100 80 60 40 20 Placebo n =10 100 mg n = 15 140 mg n = 10 0-20 Aβ14 Aβ15 Aβ16 Aβ17 Aβ19 Aβ33 Aβ34 Aβ37 Aβ38 Aβ39 Aβ40 Aβ42-40 Portelius et al, Alzheimer s Research & Therapy 2010

En klinisk studie med Alzheimers patienter, del II Studiedesign: Fas II, 70 patienter med Alzheimers diagnos Patienterna behandlades flera veckor med γ-sekretase inhibitorn BMS-708163 25, 50, 100 or 125 mg/kg eller placebo Analys med affinitetsrening och masspektrometri Aβ17 Aβ38 Aβ40 Aβ16 Aβ14 Aβ15 Aβ34 2000 2500 3000 3500 4000 4500 m/z

Vad gör vi nu? Ännu mera målinriktad proteomik Snabbare, fler prover, känsligare, specifikare SRM kvantifiering TSQ Vantage TripleStage Quadrupole Masspektrometer Patientprover Provsvar på mindre en 1 dag

Sammanfattning Den beskrivna metoden kan användas för att finna nya biomarkörer och behandlingsmarkörer. Aβ1-16 är en ny biomarkör för Alzheimers sjukdom Aβ1-15/16/34 är nya behandlingsmarkörer för inhibering av gammasekretas Aβ5-40 är en ny behandlingsmarkör för inhibering av beta-sekretas

Tack för er uppmärksamhet! erik.portelius@neuro.gu.se