Exploration de nouveaux biomarqueurs plasmatiques pour le diagnostic de la maladie d'Alzheimer

par Emilie Rossi

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Thuy Tran-maignan et de Myriam Taverna.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes , en partenariat avec Institut Galien Paris-Sud (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    La maladie d'Alzheimer (MA) est un trouble neurodégénératif caractérisé par un déclin progressif mais sévère des fonctions cognitives et l'apparition de troubles du langage. Les peptides bêta amyloides (Abeta 1-40, 1-42), les protéines tau et tau phosphorylée sont classiquement quantifiés dans le liquide céphalorachidien (LCR) comme biomarqueurs de la progression de la MA [1]. Les tests cognitifs, l'imagerie et parfois les immuno-essais sont utilisées dans un contexte clinique [2]. Cependant, le manque d'harmonisation des techniques immuno-essais entraine une forte variabilité des concentrations mesurées d'un laboratoire à l'autre, ce qui empêche la comparaison des résultats et ne permet pas de définir des valeurs seuils de concentrations. Les méthodes de prélèvement des échantillons du LCR sont invasives et ne se pratiquent qu'à l'hôpital, ce qui rend cette opération contraignante et coûteuse. En outre, l'utilisation des biomarqueurs conventionnels du LCR n'est pas suffisante pour distinguer la MA des autres maladies neurodégénératives avec une sélectivité élevée. A ce jour, seuls quelques tests Elisa sanguins pour diagnostiquer la MA sont proposés [3, 4], mais leurs performances diagnostiques sont limitées. Pour toutes ces raisons, un test diagnostique de la MA basé sur l'identification de biomarqueurs plasmatiques permettrait d'améliorer grandement le diagnostic moléculaire de la MA. La nouveauté de ce projet repose sur l'exploration de l'albuminome, i.e. les molécules endogènes liées à l'albumine du sérum humain (HSA), comme une nouvelle source de biomarqueurs souvent ignorée en raison de leur nature « cachée » au sein de la fraction sanguine. En effet, l'albumine, protéine plasmatique majoritaire, a la capacité de lier et de transporter une large gamme de molécules (métabolites, protéines…) [5]. Dans ce projet, elle est utilisée comme un « aimant » afin de capter et améliorer la sensibilité de détection de biomarqueurs potentiels, en les protégeant également de la clairance rénale. Une approche top-down d'exploration des peptides A-beta; dans les fractions du sub-protéome ou une analyse métabolomique non ciblée des métabolites et du sub-métabolome de l'albumine seront développées et mises en œuvre pour d'une part quantifier dans le sang les biomarqueurs déjà validés dans le LCR et d'autre part rechercher de nouveaux BM, notamment par l'utilisation de l'électrophorèse capillaire ou la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse. L'étude simultanée de ces fractions particulières permettront de développer un diagnostic plus puissant, ouvrant la voie à la découverte de nouveaux biomarqueurs de la MA. Les traitements des échantillons plasmatiques provenant de sujets sains et AD pour isoler le sub-protéome et sub-métabolome de l'albumine seront mis au point et standardisés. Des traitements mathématiques et statistiques seront utilisés pour une analyse différentielle des 2 groupes MA et contrôle ainsi que le groupe MA des groupes de patients atteints d'autres maladies neurodégénératives. Ces différences seront détectées sur une large cohorte de 300 patients.

  • Titre traduit

    Investigation of new biomarkers in plasma for the diagnosis of Alzheimer's disease


  • Résumé

    Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by a progressive but severe decline in cognitive functions, memory, and language. The cerebrospinal fluid (CSF) beta amyloid peptides (Abeta 1-40, 1-42), tau and phosphorylated tau are commonly measured as biomarkers of AD progression [1]. Currently, cognitive tests, imaging and sometimes immunoassays are performed in a clinical context [2]. However, a lack of assay standardization directly and drastically influences the inter-laboratory apparent concentration of the measured proteins. Thus, the result comparison is not reliable and the determination of the concentration threshold is difficult. In addition, a major limitation is the requirement of CSF sampling by lumbar puncture which is highly invasive, conducted only within a hospital and not a practicable option at the early stages of the disease. To date, only a few Elisa-based blood diagnostic tests for AD are proposed [3,4] but they all rely on conventional biomarkers already determined in CSF or on subtle variation of pre-existing CSF biomolecular tests. For all these reasons, the diagnosis of AD would greatly benefit from the identification of new biomarkers in plasma, enabling simple and potentially repeated samplings and tests. This innovative project is focused on a carrier protein, human serum albumin (HSA), “as a magnet” which accumulates and thereby amplifies potential disease biomarkers while protecting them from renal clearance. The basic premise is that HSA, the most abundant plasma protein, can bind with high affinity and transport various kinds of molecules (e.g., metabolites, peptides) [5]. Thus, this enriched HSA fraction can be seen as a valuable source for identification of AD-specific potential biomarkers that have been neglected or hidden in the past, due to their binding to HSA. The term ‘albuminome' commonly refers to HSA-associated proteins and peptides. Here we thus introduce and study the ‘extended albuminome' concept by also considering the metabolites and other low molecular weight compounds bound to HSA. A top down approach exploration of A-beta peptides in the sub-proteomic fraction or a non-targeted metabolomic analysis of the metabolites and the sub-metabolomic of the albumin will be developped and applied to quantify in plasma the validated biomarkers of the LCR on the one hand and to research new biomarkers on the other hand, using capillary electrophoresis or liquid chromatography coupled to mass spectrometry. The blood sample treatment from AD patients and controls for isolating the sub-metabolome and the sub-proteome of HSA will be developed and standardized. For that, the data collected from the selected sub-proteome and the sub-metabolome will undergo a complete clinical evaluation. Multivariate models will be developed for the efficient discrimination between AD and controls and also between different NDs. The most promising biomarkers discovered will be validated clinically on large cohorts of 300 selected samples. This study will provide a more discriminant test to distinguish AD toward other neurodegenerative diseases, than those currently proposed.