A different perspective of circulatory biomarkers in neurodegenerative diseases: focus on serum high molecular weight fraction

Abstract

Várias tentativas têm falhado em identificar biomarcadores de alta confiança paradoenças neurodegenerativas, o que seria determinante no desenvolvimento de métodosde diagnóstico precoce para esses distúrbios, incluindo a doença de Alzheimer eParkinson, melhorando assim o prognóstico dos pacientes.O sangue (e suas frações como o soro), sendo um biofluido de fácil acesso que penetrapor todo o corpo e mantém contato contínuo com praticamente todos os tecidos do corpohumano, é de grande interesse na busca de possíveis biomarcadores de doenças. Maisrecentemente, o conteúdo proteico do sangue tem sido implicado como uma fontepotencialmente rica de biomarcadores, uma vez que a maior parte do proteoma celularpode teoricamente ser representado neste fluido sob forma de proteínas intactas oufragmentos resultantes da sua degradação. No entanto, a sua detecção porespectrometria de massa, ao longo de uma análise abrangente do proteoma, éseveramente prejudicada pela presença de espécies altamente abundantes como aalbumina e outras 20 proteínas que representam cerca de 99% da massa de proteica dosangue. Assim, a complexidade da amostra desafia a sensibilidade dos métodos modernosde detecção.Portanto, para contornar o problema do intervalo dinâmico de concentrções proteicasextremamente amplo do sangue (1012), sugere-se aqui o desenvolvimento de um métodode fracionamento para a preparação de amostras de soro para subsequente análise porespectrometria de massa. Uma fração deve ser especificamente investigada: osubprotema de alto peso molecular (acima de 300 kDa). O objetivo é a descoberta decomplexos proteicos e mecanismos de degradação potencialmente alterados. O objetivofinal é que essa fração sanguínea sirva como fonte de novos potenciais biomarcadorescirculantes de doenças neurodegenerativas, particularmente para a doença de Alzheimere Parkinson.

Several attempts have failed to identify high confidence biomarkers of neurodegenerativediseases, which would be determinant in developing early diagnostic methods for thosedisorders, including Alzheimer’s and Parkinson’s disease (AD and PD), thereby improvingpatient prognosis.Blood (and its fractions, namely serum), being an easily accessible biofluid that bothpercolates throughout and maintains intricate contact with virtually every tissue in thehuman body, is of great interest in the search for potential disease biomarkers. Morerecently, the blood protein content has been implicated as a potentially rich source ofbiomarkers, since most of the cellular proteome could theoretically be represented in thisfluid either in the form of intact proteins or fragments resulting from their degradation.Nonetheless, their detection through mass spectrometry (MS), during comprehensiveproteome analysis, is severely hindered by the presence of highly abundant species likealbumin and 20 other proteins that make up about 99% of the blood protein mass. Thus,sample complexity challenges the sensitivity of modern detection methods.Therefore, to circumvent the problem of the extremely wide protein dynamic range of theblood (1012), it is suggested herein the development of a fractionation method for serumsample preparation for downstream MS analysis. One fraction is to be specificallyinvestigated: the high molecular weight (above 300 kDa) sub-proteome. The objective isthe discovery of potentially altered protein complexes and degradation mechanisms. Thefinal aim is for this blood fraction to serve as a source of new potential circulatingbiomarkers of neurodegenerative diseases, particularly for AD and PD.