Transcript Erik Portelius - Svenska Demensdagarna

Amyloidkaskadhypotesen vid
Alzheimers sjukdom – fact or fiction
Erik Portelius
Sahlgrenska Universitetssjukhuset, PhD
Institutionen för neurovetenskap och fysiologi vid Göteborgs Universitet
Svenska Demensdagarna, Karlstad
14-15/5 - 2014
Neurokemi Lab, Mölndal
Institutionen för neurovetenskap och fysiologi vid Göteborgs Universitet. Sahlgrenska Universitets sjukhuset
Disposition
 Alzheimers sjukdom - Bakgrund
 Målpeptiden - A
 Vad är en biomarkör?
 Metod
 Amyloidkaskadhypotesen
 Nya markörer för att följa behandlingar
 Vad händer sen?
1
Dr Alzheimer med kollegor
Tidigt 1900-tal
Dr Alzheimers upptäckt
• Alzheimers sjukdom karaktäriseras av 3 förändringar i
hjärnan
 Förlust av neuroner och synapser
 Plack
 Tangles
PLACK
TANGLE
Alzheimers sjukdom
Peptiden β-amyloid
• En av huvudbeståndsdelarna av plack är peptiden -amyloid (A)
• A peptider finns i cerebrospinal vätska (CSV)
2
Antal publikationer/år
”Amyloid och Alzheimers sjukdom”
2000
1800
1600
>20000 st!
Antal publikationer
1400
1200
1000
800
600
400
200
1964
1973
1975
1976
1977
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
2014
0
Varför har vi β-amyloid?
Kommer från ett större protein (APP)
1
-Sekretas
-Sekretas
-site APP-cleaving enzyme 1
(BACE 1)
-CTF
770
-Sekretas
DAEFRHDSGYE VHHQKLV FFAEDVGS NKGA I I GL M VGGVV I A
Varför ansamlas -amyloid?
KPI
OX-2
APP
β-CTF
β-sAPP
671
β-Sekretas
AICD
Aβ
1
40-42
-Sekretas
Aβ monomer
Felveckad Aβ
Aβ oligomer
Aβ fibriller
Aβ plack
3
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

Prevalensen dubbleras varje årtionde efter 60 år
 Det finns en ärftlig form (familjär Alzheimers)
Genetik vid Alzheimer
Autosomalt dominanta gener - Familjär Alzheimer
• Tidig debut
40-60 års ålder
• Mycket sällsynta < 1%
• Gener:
APP (> 30) och presenilin (> 180) generna
• Mekanism:
Ökad bildning av β-amyloid
Ökad benägenhet för β-amyloid att bilda plack
Sårbarhetsgener – Sporadisk Alzheimer
• Enda säkerställda (med tydlig effekt): APOE 4
- Ökar risk för AD ca 10 ggr om homozygot
- Ökar benägenheten för β-amyloid att bilda plack ?
- Försämrat försvar mot påfrestningar för nervceller ?
Hypotes varför man får Alzheimers sjukdom
“Amyloid kaskad hypotesen”
Mutationer i specifika gener
Ålder
Ökad produktion
eller minskad
nedbrytning av
-amyloid
-amyloid
ansamlas
i plack i hjärnan
• Lokala inflammationer
Oligomerer
• Synaptisk dysfunktion
• Neurodegeneration
• NFT
Andra riskfaktorer
Ökande minnessvikt
4
Vad kan man se i CSV vid Alzheimers?
A fibriller
A monomerer
Neurofibrillary Tangles
A1-42 ()
P-tau ()
TT T
S
T TT T TT T
SSSSSS
Aβ plack
T
SSS SS SS SSSSSSSSSS
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)
Vad ska man analysera för att studera
Alzheimers sjukdom?
Vävnad
Blod
CSV
Närhet till sjukdom
Tillgänglighet
Koncentration
CSV är hjärnans spegel
Proteomik på CSV
Ett problem?
Total protein koncentration i CSV = 0.35 g/L
Koncetration A42 i CSV = 500 pg/mL
Ekegren et al. J. Mass Spectrom. 2008, 43, 559-571
5
Hur mycket β-amyloid finns det i likvor?
Likvor Aβ42: cirka 500 pg/mL
Likvor Aβ42:
500 pg/mL
= 500 ng / liter
500 ng/liter = 500 ug / m3
500 ug/m3 = 500 mg / 1000 m3
simbassäng (20 x 25 x 2m) = 1000 m3
Ett problem?
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 och exakt att mäta
• Oberoende studier ska få samma resultat
• Ska kunna användas för att mäta effekt vid
behandlingar
Ok – men hur ska vi göra?
???
Alois Alzheimer 1906
6
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
5
4
3
2
Vad är en masspektrometer
Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight
Detektor
+
TIME OF FLIGHT
En mycket exakt våg
20 kV
7
Affinitetsupprening – Masspektrometri
Hur gör man?
Tvätta
Affinitetsrening
Magnetiska kulor
CSV
A
Eluera
Masspektrometri
Olika varianter av A
-amyloid mönstret i CSV
Epitop A
DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA
A40
A17
Förekomst
A37
A30
A39
A34
A33
A19
A20
A18
A15
A16
A13
A14
A38
A42
Ökande massa
Portelius et al, J Proteome Res 2006
-amyloid mönstret i plack
2000
2500
3000
3500
4000
A1-42
A1-42
A1-40
A1-42
A4-42
pA3-42
pA3-42
A4-40
pA3-40
A4-42
A5-40
Cortex
A8-42
A5-42
Hippocampus
pA3-42
A4-42
A5-42
Cerebellum
A9-40
A9-42
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
pA11-42
Intens. [a.u.]
-vad består placken av-
4500
m/z
Portelius et al, Acta Neurpathol 2010
8
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
Portelius et al, Neurosci Lett 2006
Läkemedelsbehandlingar och Amyloidkaskadhypotesen
9
Påminnelse……..
-Sekretas
-Sekretas
DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA
Behandlingsmarkörer för Alzheimers sjukdom
Vilka behandlingar testas idag!
 Mediciner för att minska bildandet av Aβ
 -Secretase inhibering (BACE1)
 -Secretase inhibering
 -Secretase modulering
 Mediciner för att förhindra Aatt klumpa ihop sig
 Mediciner för att öka nedbrytning av Aβ (Vaccinering)
-Sekretas
-Sekretas
Behandlingsmarkörer
• Identifiera en biokemisk effekt
• Identifiera vilka som svarar mot behandling
• Underlätta vid dosering av mediciner
• Säkerställa stabila behandlingseffekter
Prediktiv validitet hos transgena möss
för nya behandlingskandidater
AD Tg mus
 Baseras på ovanliga FAD mutationer
 Har en livslång överproduktion av APP och A
 Baseras på ovanliga FAD mutationer
 Har plack redan vid 3 månaders ålder
 Behövs trippel-tg möss för ”AD lik” fenotyp
 En minskad plackmängd i hjärnan är ett ”bevis” för önskad effekt
 Används för att utvärdera nya läkemedelskandidater för sporadisk AD
 Stora fas II och III prövningar inkluderande 100-1000 tals patienter körs igång
10
Exempel på ”läkemedel” som
reducerar β-amyloid hos möss
• Påverka sekretaser
β/γ-sekretas
• A immunoterapi
Vacciner/antikroppsbehandlingar
• Anti aggregation
Bryta upp ex oligomerer
• Aβ nedbrytning
Specifika enzymer
• Lipider
Sänka kolesterol
• Mat/dryck
Grönt te, koffein, vitlök…….
• Hormoner
Testosteron, östrogen
• LCHF
• Nikotin
• Cabernet Sauvignon
Flera läkemedelsprövingar med anti-β läkemedel
visar ingen klinisk effekt
Möjliga förklaringar:
• Kliniska diagnosen osäker
Feldiagnos ger brus / ”Alzheimer” en heterogen sjukdom
• För svårt sjuka patienter
För uttalad hjärnskada för att visa klinisk effekt
• För kort behandling
Lång förebyggande behandling behövs?
• Bristfälligt testade läkemedel
Effekt på β-amyloid / plack endast hos alzheimermöss
Alternativt
AMYLOID KASKADHYPOTESEN ÄR FEL
Plack är en produkt som är nedström från sjukdomen
Pågående behandlingsstudier 2010
11
Pågående behandlingsstudier 2012
Amyloidkaskadhypotesen
Fact or Fiction
Fact
Downs syndrom
Överproduktion av APP
FAD
Mutationer i centrala proteiner leder till FAD
Duplikation av APP gen
Överproduktion av APP leder till FAD
Anti-amyloid terapi botar Tg möss
T.ex. amyloid vaccinering tar bort placken
Downs syndrom
Plack och tangles ses vid många orsaker (utan trisomi 21
eller APP triplikation) till mental retardation
Fiction
FAD data gäller för sporadisk AD
FAD och sporadisk AD är 2 olika sjukdomar
Amyloid plack leder till sporadisk AD
Finns många kognitivt friska med plack
Amyloid plack bildas efter hjärntrauma
Tg möss botas av amyloid terapi
Över 100 tveksamma medel (blåbär mm) botar mössen
Pågående biomarkörstudier i Mölndal
12
-Secretase modulering
Studie design:
Hundar behandlade med -secretase modulatorn E2012
CSV togs innan behandling + 4 – 8 – 24 timmar efter behandling
A40
A37
p=0.001
15
A38
A17
10
5
A37
0
A42
0
4
8
24
Tid/h
A37
Innan behandling
5
p=0.010
A42
4
3
2
1
80 mg/kg behandling med GSM E2012
0
0
4
8
24
Tid/h
Portelius et al, JAD 2010
Behandlingsstudier i djurmodeller
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?
13
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
100
Placebo n =10
100 mg n = 15
140 mg n = 10
Relative change/%
80
60
40
20
0
-20
A14
A15
A16
A17
A19
A33 A34
A37
A38
A39
A40
A42
-40
Portelius et al, Alzheimer’s Research & Therapy 2010
En klinisk studie med friska kontroller
Studiedesign:
Fas I, 18 friska personer
Behandlades med -sekretase inhibitorn – LY2811376
30, 90 mg/kg eller placebo
Akut effekt analyserades med affinitetsrening och masspektrometri
12 hrs
Change relative baseline
(%)
0 hrs
A1-34
20
0
0
-20
6
12 18 24 36
Placebo
30 mg
-40
90 mg
-60
-80
Time after treatment (hrs)
24 hrs
3600
3650
3700
3750
3800
3850
3900
Change relative baseline
(%)
A5-40
36 hrs
220
placebo
120
30 mg
90 mg
20
-80
0
6
12 18 24 36
Time after treatment (hrs)
Portelius et al, manuscript
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
14
Vad gör jag idag?
• Nya kandidatmarkörer
• Återspeglar synaps patologin
• Utvärdera plasma
• Går det att använda?
• Utvärdera läkemedelsstudier i plasma
• Varför aggregerar β-amyloid?
• Skillnad CSV och hjärna
• Familjär Alzheimers sjukdom
• Är sAD och fAD samma sjukdom?
• Vad säger AD möss oss
• Downs syndrom
Tack för er uppmärksamhet!
[email protected]
15