సమగ్ర ప్రోటీమిక్స్ లక్షణరహిత మరియు రోగలక్షణ అల్జీమర్స్ వ్యాధిలో మెదడు-ఆధారిత సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ బయోమార్కర్లను వెల్లడిస్తుంది

అల్జీమర్స్ వ్యాధి (AD) దాని బహుళ అంతర్లీన పాథోఫిజియాలజీని ప్రతిబింబించే ప్రోటీన్ బయోమార్కర్లను కలిగి ఉండదు, రోగనిర్ధారణ మరియు చికిత్స యొక్క పురోగతికి ఆటంకం కలిగిస్తుంది. ఇక్కడ, AD పాథోఫిజియాలజీ యొక్క విస్తృత శ్రేణిని సూచించే సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ (CSF) బయోమార్కర్లను గుర్తించడానికి మేము సమగ్ర ప్రోటీమిక్స్‌ని ఉపయోగిస్తాము. మల్టీప్లెక్స్ మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ AD CSF మరియు మెదడులో వరుసగా సుమారు 3,500 మరియు సుమారు 12,000 ప్రోటీన్‌లను గుర్తించింది. మెదడు ప్రోటీమ్ యొక్క నెట్‌వర్క్ విశ్లేషణ 44 జీవవైవిధ్య మాడ్యూళ్లను పరిష్కరించింది, వీటిలో 15 సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ ప్రోటీమ్‌తో అతివ్యాప్తి చెందాయి. ఈ అతివ్యాప్తి మాడ్యూల్స్‌లోని CSF AD గుర్తులు ఐదు ప్రోటీన్ సమూహాలుగా మడవబడతాయి, ఇవి వివిధ పాథోఫిజియోలాజికల్ ప్రక్రియలను సూచిస్తాయి. AD మెదడులోని సినాప్సెస్ మరియు మెటాబోలైట్‌లు తగ్గుతాయి, అయితే CSF పెరుగుతుంది, అయితే మెదడు మరియు CSFలో గ్లియల్-రిచ్ మైలినేషన్ మరియు రోగనిరోధక సమూహాలు పెరుగుతాయి. ప్యానెల్ మార్పుల యొక్క స్థిరత్వం మరియు వ్యాధి విశిష్టత 500 కంటే ఎక్కువ అదనపు CSF నమూనాలలో నిర్ధారించబడ్డాయి. ఈ సమూహాలు లక్షణరహిత ADలో జీవసంబంధమైన ఉప సమూహాలను కూడా గుర్తించాయి. మొత్తంమీద, ఈ ఫలితాలు ADలో క్లినికల్ అప్లికేషన్‌ల కోసం వెబ్ ఆధారిత బయోమార్కర్ సాధనాల వైపు ఒక మంచి అడుగు.
అల్జీమర్స్ వ్యాధి (AD) అనేది ప్రపంచవ్యాప్తంగా న్యూరోడెజెనరేటివ్ చిత్తవైకల్యానికి అత్యంత సాధారణ కారణం మరియు ఇది సినాప్టిక్ ట్రాన్స్‌మిషన్, గ్లియల్-మెడియేటెడ్ ఇమ్యూనిటీ మరియు మైటోకాన్డ్రియల్ మెటబాలిజం (1-3)తో సహా అనేక రకాల జీవ వ్యవస్థ పనిచేయకపోవడం ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది. అయినప్పటికీ, దాని స్థాపించబడిన ప్రోటీన్ బయోమార్కర్లు ఇప్పటికీ అమిలాయిడ్ మరియు టౌ ప్రోటీన్‌లను గుర్తించడంపై దృష్టి సారిస్తాయి మరియు అందువల్ల ఈ విభిన్న పాథోఫిజియాలజీని ప్రతిబింబించలేవు. సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ (CSF)లో అత్యంత విశ్వసనీయంగా కొలవబడే ఈ "కోర్" ప్రోటీన్ బయోమార్కర్లలో (i) అమిలాయిడ్ బీటా పెప్టైడ్ 1-42 (Aβ1-42), ఇది కార్టికల్ అమిలాయిడ్ ఫలకాలు ఏర్పడటాన్ని ప్రతిబింబిస్తుంది; (ii) మొత్తం టౌ, ఆక్సాన్ క్షీణతకు సంకేతం; (iii) ఫాస్ఫో-టౌ (p-టౌ), రోగలక్షణ టౌ హైపర్‌ఫాస్ఫోరైలేషన్ (4-7) యొక్క ప్రతినిధి. ఈ సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ బయోమార్కర్‌లు మనకు "గుర్తించబడిన" AD ప్రోటీన్ వ్యాధులను (4-7) గుర్తించడంలో బాగా దోహదపడినప్పటికీ, అవి వ్యాధి వెనుక ఉన్న సంక్లిష్ట జీవశాస్త్రంలో ఒక చిన్న భాగాన్ని మాత్రమే సూచిస్తాయి.
AD బయోమార్కర్ల యొక్క పాథోఫిజియోలాజికల్ వైవిధ్యం లేకపోవడం అనేక సవాళ్లకు దారితీసింది, వీటిలో (i) AD రోగుల యొక్క జీవసంబంధమైన వైవిధ్యతను గుర్తించడం మరియు లెక్కించలేకపోవడం, (ii) వ్యాధి తీవ్రత మరియు పురోగతి యొక్క తగినంత కొలత, ముఖ్యంగా ముందస్తు దశలో, మరియు ( iii) నరాల క్షీణత యొక్క అన్ని అంశాలను పూర్తిగా పరిష్కరించడంలో విఫలమైన చికిత్సా ఔషధాల అభివృద్ధి. సంబంధిత వ్యాధుల నుండి ADని వివరించడానికి ల్యాండ్‌మార్క్ పాథాలజీపై మన ఆధారపడటం ఈ సమస్యలను మరింత తీవ్రతరం చేస్తుంది. చిత్తవైకల్యం ఉన్న చాలా మంది వృద్ధులు అభిజ్ఞా క్షీణత (8) యొక్క ఒకటి కంటే ఎక్కువ రోగలక్షణ లక్షణాలను కలిగి ఉన్నారని మరిన్ని ఆధారాలు చూపిస్తున్నాయి. AD పాథాలజీ ఉన్న 90% లేదా అంతకంటే ఎక్కువ మంది వ్యక్తులు వాస్కులర్ వ్యాధి, TDP-43 చేరికలు లేదా ఇతర క్షీణించిన వ్యాధులు (9) కలిగి ఉన్నారు. రోగలక్షణ అతివ్యాప్తి యొక్క ఈ అధిక నిష్పత్తులు చిత్తవైకల్యం కోసం మా ప్రస్తుత రోగనిర్ధారణ ఫ్రేమ్‌వర్క్‌కు అంతరాయం కలిగించాయి మరియు వ్యాధికి మరింత సమగ్రమైన పాథోఫిజియోలాజికల్ నిర్వచనం అవసరం.
వివిధ రకాల AD బయోమార్కర్ల తక్షణ అవసరాన్ని దృష్టిలో ఉంచుకుని, బయోమార్కర్లను కనుగొనడానికి ఫీల్డ్ మొత్తం వ్యవస్థ ఆధారంగా "ఓమిక్స్" పద్ధతిని ఎక్కువగా అవలంబిస్తోంది. యాక్సిలరేటెడ్ ఫార్మాస్యూటికల్ పార్టనర్‌షిప్ (AMP)-AD అలయన్స్ 2014లో ప్రారంభించబడింది మరియు ప్రోగ్రామ్‌లో ముందంజలో ఉంది. నేషనల్ ఇన్‌స్టిట్యూట్స్ ఆఫ్ హెల్త్, అకాడెమియా మరియు పరిశ్రమలచే ఈ బహుళ క్రమశిక్షణా ప్రయత్నం AD యొక్క పాథోఫిజియాలజీని బాగా నిర్వచించడానికి మరియు బయోడైవర్సిటీ డయాగ్నొస్టిక్ అనాలిసిస్ మరియు ట్రీట్‌మెంట్ స్ట్రాటజీలను అభివృద్ధి చేయడానికి సిస్టమ్-ఆధారిత వ్యూహాలను ఉపయోగించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది (10). ఈ ప్రాజెక్ట్‌లో భాగంగా, ADలో సిస్టమ్ ఆధారిత బయోమార్కర్ల అభివృద్ధికి నెట్‌వర్క్ ప్రోటీమిక్స్ ఒక మంచి సాధనంగా మారింది. ఈ నిష్పాక్షికమైన డేటా-ఆధారిత విధానం సంక్లిష్ట ప్రోటీమిక్స్ డేటా సెట్‌లను సమూహాలుగా లేదా నిర్దిష్ట కణ రకాలు, అవయవాలు మరియు జీవ విధులతో అనుబంధించబడిన సహ-వ్యక్తీకరించబడిన ప్రోటీన్‌ల "మాడ్యూల్స్"గా నిర్వహిస్తుంది (11-13). AD మెదడుపై దాదాపు 12 ఇన్ఫర్మేషన్-రిచ్ నెట్‌వర్క్ ప్రోటీమిక్స్ అధ్యయనాలు నిర్వహించబడ్డాయి (13-23). మొత్తంమీద, ఈ విశ్లేషణలు AD మెదడు నెట్‌వర్క్ ప్రోటీమ్ స్వతంత్ర కోహోర్ట్‌లు మరియు బహుళ కార్టికల్ ప్రాంతాలలో అత్యంత సంరక్షించబడిన మాడ్యులర్ సంస్థను నిర్వహిస్తుందని సూచిస్తున్నాయి. అదనంగా, ఈ మాడ్యూళ్ళలో కొన్ని డేటా సెట్‌లలో AD- సంబంధిత సమృద్ధిలో పునరుత్పాదక మార్పులను చూపుతాయి, ఇది బహుళ వ్యాధుల యొక్క పాథోఫిజియాలజీని ప్రతిబింబిస్తుంది. సమిష్టిగా, ఈ పరిశోధనలు ADలో సిస్టమ్-ఆధారిత బయోమార్కర్‌గా మెదడు నెట్‌వర్క్ ప్రోటీమ్‌ను కనుగొనడానికి మంచి యాంకర్ పాయింట్‌ను ప్రదర్శిస్తాయి.
AD మెదడు నెట్‌వర్క్ ప్రోటీమ్‌ను వైద్యపరంగా ఉపయోగకరమైన సిస్టమ్-ఆధారిత బయోమార్కర్‌లుగా మార్చడానికి, మేము మెదడు-ఉత్పన్నమైన నెట్‌వర్క్‌ను AD CSF యొక్క ప్రోటీమిక్ విశ్లేషణతో కలిపాము. ఈ సమీకృత విధానం మెదడు-ఆధారిత పాథోఫిజియాలజీ యొక్క విస్తృత శ్రేణితో అనుబంధించబడిన ఐదు ఆశాజనకమైన CSF బయోమార్కర్లను గుర్తించడానికి దారితీసింది, వీటిలో సినాప్సెస్, రక్త నాళాలు, మైలినేషన్, మంట మరియు జీవక్రియ మార్గాల పనిచేయకపోవడం వంటివి ఉన్నాయి. వివిధ న్యూరోడెజెనరేటివ్ వ్యాధుల నుండి 500 కంటే ఎక్కువ CSF నమూనాలతో సహా బహుళ ప్రతిరూపణ విశ్లేషణల ద్వారా మేము ఈ బయోమార్కర్ ప్యానెల్‌లను విజయవంతంగా ధృవీకరించాము. ఈ ధ్రువీకరణ విశ్లేషణలలో లక్షణరహిత AD (AsymAD) ఉన్న రోగుల యొక్క CSFలో సమూహ లక్ష్యాలను పరిశీలించడం లేదా సాధారణ అభిజ్ఞా వాతావరణంలో అసాధారణమైన అమిలాయిడ్ చేరడం యొక్క సాక్ష్యాలను చూపడం ఉన్నాయి. ఈ విశ్లేషణలు AsymAD జనాభాలో ముఖ్యమైన జీవసంబంధమైన వైవిధ్యతను హైలైట్ చేస్తాయి మరియు వ్యాధి యొక్క ప్రారంభ దశల్లో వ్యక్తులను సబ్టైప్ చేయగల ప్యానెల్ గుర్తులను గుర్తిస్తాయి. మొత్తంమీద, ఈ ఫలితాలు AD ఎదుర్కొంటున్న అనేక క్లినికల్ సవాళ్లను విజయవంతంగా పరిష్కరించగల బహుళ వ్యవస్థల ఆధారంగా ప్రోటీన్ బయోమార్కర్ సాధనాల అభివృద్ధిలో కీలక దశను సూచిస్తాయి.
ADకి దారితీసే వివిధ మెదడు-ఆధారిత పాథోఫిజియాలజీని ప్రతిబింబించే కొత్త సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ బయోమార్కర్లను గుర్తించడం ఈ అధ్యయనం యొక్క ముఖ్య ఉద్దేశ్యం. మూర్తి S1 మా పరిశోధనా పద్దతిని వివరిస్తుంది, ఇందులో (i) AD CSF మరియు బహుళ మెదడు సంబంధిత CSF వ్యాధి బయోమార్కర్‌లను గుర్తించడానికి నెట్‌వర్క్ మెదడు ప్రోటీమ్ యొక్క ప్రాథమిక పరిశోధనల ద్వారా నడిచే సమగ్ర విశ్లేషణ మరియు (ii) తదుపరి ప్రతిరూపం ఈ బయోమార్కర్లు అనేక స్వతంత్ర సెరెబ్రోస్పానియల్‌లో ఉన్నాయి. ద్రవ సమూహాలు. ఎమోరీ గోయిజుయెటా అల్జీమర్స్ డిసీజ్ రీసెర్చ్ సెంటర్ (ADRC)లో 20 మంది సాధారణ వ్యక్తులు మరియు 20 మంది AD రోగులలో CSF యొక్క అవకలన వ్యక్తీకరణ యొక్క విశ్లేషణతో ఆవిష్కరణ-ఆధారిత పరిశోధన ప్రారంభమైంది. తక్కువ Aβ1-42 మరియు సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్‌లో మొత్తం టౌ మరియు p-టౌ స్థాయిలు పెరగడం [మీన్ మాంట్రియల్ కాగ్నిటివ్ అసెస్‌మెంట్ (MoCA), 13.8 ± 7.0] [ELISA (ELISA) సమక్షంలో AD యొక్క రోగనిర్ధారణ గణనీయమైన అభిజ్ఞా బలహీనతగా నిర్వచించబడింది. )]] (టేబుల్ S1A). నియంత్రణ (అంటే MoCA, 26.7 ± 2.2) సాధారణ స్థాయి CSF బయోమార్కర్లను కలిగి ఉంది.
మానవ CSF ప్రోటీన్ సమృద్ధి యొక్క డైనమిక్ శ్రేణి ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది, దీనిలో అల్బుమిన్ మరియు ఇతర అత్యంత సమృద్ధిగా ఉండే ప్రోటీన్‌లు ఆసక్తి ఉన్న ప్రోటీన్‌లను గుర్తించకుండా నిరోధించగలవు (24). ప్రోటీన్ డిస్కవరీ యొక్క లోతును పెంచడానికి, మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ (MS) విశ్లేషణ (24) ముందు మేము ప్రతి CSF నమూనా నుండి మొదటి 14 అత్యంత సమృద్ధిగా ఉన్న ప్రోటీన్‌లను తీసివేసాము. మొత్తం 39,805 పెప్టైడ్‌లను MS గుర్తించింది, ఇవి 40 నమూనాలలో 3691 ప్రోటీమ్‌లకు మ్యాప్ చేయబడ్డాయి. మల్టిపుల్ టాండమ్ మాస్ ట్యాగ్ (TMT) లేబులింగ్ (18, 25) ద్వారా ప్రోటీన్ పరిమాణీకరణ జరుగుతుంది. తప్పిపోయిన డేటాను పరిష్కరించడానికి, మేము తదుపరి విశ్లేషణలో కనీసం 50% నమూనాలలో లెక్కించబడిన ప్రోటీన్‌లను మాత్రమే చేర్చాము, తద్వారా చివరకు 2875 ప్రోటీమ్‌లను లెక్కించాము. మొత్తం ప్రోటీన్ సమృద్ధి స్థాయిలలో గణనీయమైన వ్యత్యాసం కారణంగా, నియంత్రణ నమూనా గణాంకపరంగా అవుట్‌లియర్‌గా పరిగణించబడుతుంది (13) మరియు తదుపరి విశ్లేషణలో చేర్చబడలేదు. మిగిలిన 39 నమూనాల సమృద్ధి విలువలు వయస్సు, లింగం మరియు బ్యాచ్ కోవియరెన్స్ (13-15, 17, 18, 20, 26) ప్రకారం సర్దుబాటు చేయబడ్డాయి.
రిగ్రెషన్ డేటా సెట్‌పై అవకలన వ్యక్తీకరణను అంచనా వేయడానికి స్టాటిస్టికల్ టి-టెస్ట్ విశ్లేషణను ఉపయోగించి, ఈ విశ్లేషణ నియంత్రణ మరియు AD కేసుల మధ్య (టేబుల్ S2A) సమృద్ధి స్థాయిలు గణనీయంగా మార్చబడిన (P <0.05) ప్రోటీన్‌లను గుర్తించింది. మూర్తి 1Aలో చూపినట్లుగా, ADలో మొత్తం 225 ప్రోటీన్ల సమృద్ధి గణనీయంగా తగ్గింది మరియు 303 ప్రోటీన్ల సమృద్ధి గణనీయంగా పెరిగింది. ఈ భేదాత్మకంగా వ్యక్తీకరించబడిన ప్రోటీన్లలో మైక్రోటూబ్యూల్-అనుబంధ ప్రోటీన్ టౌ (MAPT; P = 3.52 × 10−8), న్యూరోఫిలమెంట్ (NEFL; P = 6.56 × 10-3), పెరుగుదల-సంబంధిత ప్రోటీన్ 43 వంటి అనేక గతంలో గుర్తించబడిన సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ AD గుర్తులు ఉన్నాయి. (GAP43; P = 1.46 × 10−5), ఫ్యాటీ యాసిడ్ బైండింగ్ ప్రోటీన్ 3 (FABP3; P = 2.00 × 10−5), చిటినేస్ 3 లైక్ 1 (CHI3L1; P = 4.44 × 10-6), న్యూరల్ జిఎన్‌లిన్; P = 3.43 × 10−4) మరియు VGF నరాల పెరుగుదల కారకం (VGF; P = 4.83 × 10-3) (4-6). అయినప్పటికీ, మేము GDP డిస్సోసియేషన్ ఇన్హిబిటర్ 1 (GDI1; P = 1.54 × 10-10) మరియు SPARC-సంబంధిత మాడ్యులర్ కాల్షియం బైండింగ్ 1 (SMOC1; P = 6.93 × 10-9) వంటి ఇతర ముఖ్యమైన లక్ష్యాలను కూడా గుర్తించాము. జీన్ ఒంటాలజీ (GO) 225 గణనీయంగా తగ్గిన ప్రోటీన్‌ల విశ్లేషణ స్టెరాయిడ్ జీవక్రియ, రక్తం గడ్డకట్టడం మరియు హార్మోన్ కార్యకలాపాలు (మూర్తి 1B మరియు టేబుల్ S2B) వంటి శరీర ద్రవ ప్రక్రియలతో సన్నిహిత సంబంధాలను వెల్లడించింది. దీనికి విరుద్ధంగా, 303 యొక్క గణనీయంగా పెరిగిన ప్రోటీన్ కణ నిర్మాణం మరియు శక్తి జీవక్రియకు దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.
(A) అగ్నిపర్వతం ప్లాట్లు t-test ద్వారా పొందిన -log10 గణాంక P విలువ (y-axis)కి సంబంధించి log2 రెట్లు మార్పు (x-axis)ని చూపుతుంది, ఇది నియంత్రణ (CT) మధ్య అవకలన వ్యక్తీకరణను గుర్తించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది మరియు అన్ని ప్రొటీన్లలో CSF ప్రోటీమ్ యొక్క AD కేసులు. ADలో గణనీయంగా తగ్గిన స్థాయిలు (P <0.05) ఉన్న ప్రోటీన్‌లు నీలం రంగులో చూపబడ్డాయి, అయితే వ్యాధిలో గణనీయంగా పెరిగిన స్థాయిలు కలిగిన ప్రోటీన్‌లు ఎరుపు రంగులో చూపబడతాయి. ఎంచుకున్న ప్రోటీన్ లేబుల్ చేయబడింది. (B) ADలో ప్రోటీన్‌కు సంబంధించిన అగ్ర GO నిబంధనలు గణనీయంగా తగ్గాయి (నీలం) మరియు (ఎరుపు) పెరిగింది. జీవ ప్రక్రియలు, పరమాణు విధులు మరియు సెల్యులార్ భాగాల రంగాలలో అత్యధిక z-స్కోర్‌లతో మూడు GO నిబంధనలను చూపుతుంది. (C) MS CSF నమూనాలో MAPT స్థాయిని కొలుస్తుంది (ఎడమ) మరియు నమూనా ELISA టౌ స్థాయి (కుడి)తో దాని సహసంబంధం. సంబంధిత P విలువతో పియర్సన్ సహసంబంధ గుణకం ప్రదర్శించబడుతుంది. ఒక AD కేసు కోసం ELISA డేటా లేకపోవడం వల్ల, ఈ గణాంకాలు 39 విశ్లేషించబడిన కేసులలో 38 కోసం విలువలను కలిగి ఉంటాయి. (D) నియంత్రణపై పర్యవేక్షించబడిన క్లస్టర్ విశ్లేషణ (P <0.0001, బెంజమిని-హోచ్‌బర్గ్ (BH) P <0.01 సర్దుబాటు చేయబడింది) మరియు AD CSF డేటా సెట్‌లోని 65 అత్యంత గణనీయంగా మారిన ప్రోటీన్‌లను ఉపయోగించి నమూనాలను కనుగొంది. ప్రమాణీకరించండి, సాధారణీకరించండి.
MAPT యొక్క ప్రోటీమిక్ స్థాయి స్వతంత్రంగా కొలవబడిన ELISA టౌ స్థాయికి (r = 0.78, P = 7.8 × 10-9; Figure 1C) దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది, ఇది మా MS కొలత యొక్క ప్రామాణికతకు మద్దతు ఇస్తుంది. అమిలాయిడ్ పూర్వగామి ప్రోటీన్ (APP) స్థాయిలో ట్రిప్సిన్ జీర్ణక్రియ తర్వాత, Aβ1-40 మరియు Aβ1-42 యొక్క C-టెర్మినస్‌కు మ్యాప్ చేయబడిన ఐసోఫార్మ్-నిర్దిష్ట పెప్టైడ్‌లు సమర్ధవంతంగా అయనీకరణం చేయబడవు (27, 28). కాబట్టి, మేము గుర్తించిన APP పెప్టైడ్‌లకు ELISA Aβ1-42 స్థాయిలతో ఎలాంటి సంబంధం లేదు. ప్రతి కేసు యొక్క అవకలన వ్యక్తీకరణను అంచనా వేయడానికి, నమూనాల (టేబుల్ S2A) యొక్క పర్యవేక్షించబడిన క్లస్టర్ విశ్లేషణను నిర్వహించడానికి మేము P <0.0001 [తప్పుడు ఆవిష్కరణ రేటు (FDR) సరిచేసిన P <0.01]తో విభిన్నంగా వ్యక్తీకరించబడిన ప్రోటీన్‌లను ఉపయోగించాము. మూర్తి 1Dలో చూపినట్లుగా, ఈ 65 అత్యంత ముఖ్యమైన ప్రోటీన్‌లు వ్యాధి స్థితికి అనుగుణంగా నమూనాలను సరిగ్గా క్లస్టర్ చేయగలవు, నియంత్రణ-వంటి లక్షణాలతో ఒక AD కేసు మినహా. ఈ 65 ప్రోటీన్లలో, 63 ADలో పెరిగాయి, అయితే కేవలం రెండు (CD74 మరియు ISLR) తగ్గాయి. మొత్తంగా, ఈ సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ విశ్లేషణలు వ్యాధి బయోమార్కర్లుగా ఉపయోగపడే ADలో వందలాది ప్రోటీన్‌లను గుర్తించాయి.
అప్పుడు మేము AD మెదడు ప్రోటీమ్ యొక్క స్వతంత్ర నెట్‌వర్క్ విశ్లేషణను చేసాము. ఈ ఆవిష్కరణ యొక్క మెదడు సమన్వయంలో నియంత్రణ (n = 10), పార్కిన్సన్స్ వ్యాధి (PD; n = 10), మిశ్రమ AD/PD (n = 10) మరియు AD (n = 10) నుండి డోర్సోలేటరల్ ప్రిఫ్రంటల్ కార్టెక్స్ (DLPFC) ఉన్నాయి. ) నమూనా. ఎమెరీ గోయిజుటా ADRC. ఈ 40 కేసుల జనాభా వివరాలు గతంలో వివరించబడ్డాయి (25) మరియు టేబుల్ S1Bలో సంగ్రహించబడ్డాయి. మేము ఈ 40 మెదడు కణజాలాలను మరియు 27 కేసుల రెప్లికేషన్ కోహోర్ట్‌ను విశ్లేషించడానికి TMT-MSని ఉపయోగించాము. మొత్తంగా, ఈ రెండు మెదడు డేటా సెట్‌లు 227,121 ప్రత్యేకమైన పెప్టైడ్‌లను ఉత్పత్తి చేశాయి, ఇవి 12,943 ప్రోటీమ్‌లకు (25) మ్యాప్ చేయబడ్డాయి. కనీసం 50% కేసులలో లెక్కించబడిన ప్రోటీన్లు మాత్రమే తదుపరి పరిశోధనలలో చేర్చబడ్డాయి. చివరి డిస్కవరీ డేటా సెట్‌లో 8817 క్వాంటిఫైడ్ ప్రోటీన్లు ఉన్నాయి. వయస్సు, లింగం మరియు పోస్ట్-మార్టం విరామం (PMI) ఆధారంగా ప్రోటీన్ సమృద్ధి స్థాయిలను సర్దుబాటు చేయండి. రిగ్రెషన్ తర్వాత సెట్ చేయబడిన డేటా యొక్క అవకలన వ్యక్తీకరణ విశ్లేషణ> 2000 ప్రోటీన్ స్థాయిలు [P <0.05, వ్యత్యాస విశ్లేషణ (ANOVA)] రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ వ్యాధి సమన్వయాలలో గణనీయంగా మార్చబడ్డాయి. అప్పుడు, మేము విభిన్నంగా వ్యక్తీకరించబడిన ప్రోటీన్‌ల ఆధారంగా పర్యవేక్షించబడే క్లస్టర్ విశ్లేషణను మరియు AD/నియంత్రణ మరియు/లేదా AD/PD పోలికలలో P <0.0001 (మూర్తి S2, A మరియు B, టేబుల్ S2C) చేసాము. ఈ 165 అత్యంత మార్చబడిన ప్రోటీన్లు నియంత్రణ మరియు PD నమూనాల నుండి AD పాథాలజీతో ఉన్న కేసులను స్పష్టంగా వర్ణిస్తాయి, ఇది మొత్తం ప్రోటీమ్‌లో బలమైన AD- నిర్దిష్ట మార్పులను నిర్ధారిస్తుంది.
మేము కనుగొనబడిన మెదడు ప్రోటీమ్‌పై నెట్‌వర్క్ విశ్లేషణ చేయడానికి వెయిటెడ్ జీన్ కో-ఎక్స్‌ప్రెషన్ నెట్‌వర్క్ అనాలిసిస్ (WGCNA) అనే అల్గారిథమ్‌ను ఉపయోగించాము, ఇది డేటాను సారూప్య వ్యక్తీకరణ నమూనాలతో ప్రోటీన్ మాడ్యూల్స్‌గా సెట్ చేస్తుంది (11-13). విశ్లేషణ 44 మాడ్యూల్స్ (M) సహ-వ్యక్తీకరించబడిన ప్రోటీన్‌లను గుర్తించింది, అతిపెద్ద (M1, n = 1821 ప్రోటీన్‌లు) నుండి అతి చిన్న (M44, n = 34 ప్రోటీన్‌లు) వరకు క్రమబద్ధీకరించబడింది మరియు లెక్కించబడింది (మూర్తి 2A మరియు టేబుల్ S2D) ). పైన పేర్కొన్న విధంగా (13) ప్రతి మాడ్యూల్ యొక్క ప్రాతినిధ్య వ్యక్తీకరణ ప్రొఫైల్ లేదా లక్షణ ప్రోటీన్‌ను లెక్కించండి మరియు దానిని వ్యాధి స్థితి మరియు AD పాథాలజీతో పరస్పరం అనుసంధానించండి, అనగా అల్జీమర్స్ డిసీజ్ రిజిస్ట్రీ (CERAD) మరియు బ్రేక్ స్కోర్ (మూర్తి 2B) యొక్క కూటమిని ఏర్పాటు చేయండి. మొత్తంమీద, 17 మాడ్యూల్స్ గణనీయంగా AD న్యూరోపాథాలజీకి సంబంధించినవి (P <0.05). ఈ వ్యాధి-సంబంధిత మాడ్యూళ్ళలో చాలా వరకు సెల్ రకం-నిర్దిష్ట మార్కర్‌లలో కూడా పుష్కలంగా ఉన్నాయి (మూర్తి 2B). పైన పేర్కొన్న విధంగా (13), సెల్ రకం సుసంపన్నత మాడ్యూల్ అతివ్యాప్తి మరియు సెల్ రకం-నిర్దిష్ట జన్యువుల సూచన జాబితాను విశ్లేషించడం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. ఈ జన్యువులు వివిక్త మౌస్ న్యూరాన్లు, ఎండోథెలియల్ మరియు గ్లియల్ కణాలలో ప్రచురించబడిన డేటా నుండి తీసుకోబడ్డాయి. RNA సీక్వెన్సింగ్ (RNA-seq) ప్రయోగం (29).
(A) మెదడు ప్రోటీమ్ యొక్క WGCNAని కనుగొనండి. (B) AD న్యూరోపాథలాజికల్ లక్షణాలతో (టాప్), CERAD (Aβ ప్లేక్) మరియు బ్రాక్ (టౌ టాంగిల్స్) స్కోర్‌లతో సహా మాడ్యులర్ సిగ్నేచర్ ప్రోటీన్ (మాడ్యులర్ ప్రోటీన్ ఎక్స్‌ప్రెషన్ యొక్క మొదటి ప్రధాన భాగం) యొక్క బైవెయిట్ మిడ్‌కోరిలేషన్ (BiCor) విశ్లేషణ. సానుకూల (ఎరుపు) మరియు ప్రతికూల (నీలం) సహసంబంధాల తీవ్రతలు రెండు-రంగు హీట్ మ్యాప్ ద్వారా చూపబడతాయి మరియు ఆస్టరిస్క్‌లు గణాంక ప్రాముఖ్యతను సూచిస్తాయి (P <0.05). ప్రతి ప్రోటీన్ మాడ్యూల్ యొక్క సెల్ రకం అనుబంధాన్ని అంచనా వేయడానికి హైపర్‌జోమెట్రిక్ ఫిషర్ యొక్క ఖచ్చితమైన పరీక్ష (FET) (దిగువ) ఉపయోగించండి. ఎరుపు షేడింగ్ యొక్క తీవ్రత సెల్ రకం సుసంపన్నత స్థాయిని సూచిస్తుంది మరియు నక్షత్రం గణాంక ప్రాముఖ్యతను సూచిస్తుంది (P <0.05). FET నుండి తీసుకోబడిన P విలువను సరిచేయడానికి BH పద్ధతిని ఉపయోగించండి. (సి) మాడ్యులర్ ప్రోటీన్ల యొక్క GO విశ్లేషణ. ప్రతి మాడ్యూల్ లేదా సంబంధిత మాడ్యూల్ సమూహానికి అత్యంత దగ్గరి సంబంధం ఉన్న జీవ ప్రక్రియలు చూపబడతాయి. ఒలిగో, ఒలిగోడెండ్రోసైట్.
ఐదు దగ్గరి సంబంధం ఉన్న ఆస్ట్రోసైట్ మరియు మైక్రోగ్లియా-రిచ్ మాడ్యూల్స్ (M30, M29, M18, M24 మరియు M5) AD న్యూరోపాథాలజీతో బలమైన సానుకూల సంబంధాన్ని చూపించాయి (మూర్తి 2B). ఒంటాలజీ విశ్లేషణ ఈ గ్లియల్ మాడ్యూల్‌లను కణాల పెరుగుదల, విస్తరణ మరియు రోగనిరోధక శక్తితో అనుసంధానిస్తుంది (మూర్తి 2C మరియు టేబుల్ S2E). రెండు అదనపు గ్లియల్ మాడ్యూల్స్, M8 మరియు M22 కూడా వ్యాధిలో బలంగా నియంత్రించబడ్డాయి. M8 అనేది టోల్ లాంటి గ్రాహక మార్గానికి సంబంధించినది, ఇది సిగ్నలింగ్ క్యాస్కేడ్, ఇది సహజమైన రోగనిరోధక ప్రతిస్పందనలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది (30). అదే సమయంలో, M22 పోస్ట్-ట్రాన్స్లేషనల్ సవరణకు దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. ఒలిగోడెండ్రోసైట్‌లలో సమృద్ధిగా ఉన్న M2, AD పాథాలజీతో బలమైన సానుకూల సంబంధాన్ని మరియు న్యూక్లియోసైడ్ సంశ్లేషణ మరియు DNA రెప్లికేషన్‌తో ఒంటాలాజికల్ కనెక్షన్‌ను చూపుతుంది, ఇది వ్యాధులలో మెరుగైన కణాల విస్తరణను సూచిస్తుంది. మొత్తంమీద, AD నెట్‌వర్క్ ప్రోటీమ్ (13, 17)లో మనం ఇంతకుముందు గమనించిన గ్లియల్ మాడ్యూల్స్ యొక్క ఎలివేషన్‌కు ఈ పరిశోధనలు మద్దతు ఇస్తాయి. నెట్‌వర్క్‌లోని అనేక AD- సంబంధిత గ్లియల్ మాడ్యూల్స్ నియంత్రణ మరియు PD కేసులలో తక్కువ వ్యక్తీకరణ స్థాయిలను చూపుతాయని ప్రస్తుతం కనుగొనబడింది, AD (Figure S2C)లో ఉన్న వాటి వ్యాధి విశిష్టతను హైలైట్ చేస్తుంది.
మా నెట్‌వర్క్ ప్రోటీమ్‌లోని (M1, M3, M10 మరియు M32) కేవలం నాలుగు మాడ్యూల్స్ మాత్రమే AD పాథాలజీ (P <0.05) (మూర్తి 2, B మరియు C)తో చాలా ప్రతికూలంగా సంబంధం కలిగి ఉన్నాయి. M1 మరియు M3 రెండూ న్యూరోనల్ మార్కర్లలో పుష్కలంగా ఉన్నాయి. M1 అనేది సినాప్టిక్ సిగ్నల్స్‌తో ఎక్కువగా సంబంధం కలిగి ఉంటుంది, అయితే M3 మైటోకాన్డ్రియల్ ఫంక్షన్‌తో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. M10 మరియు M32 కోసం సెల్ రకం సుసంపన్నతకు ఎటువంటి ఆధారాలు లేవు. M32 M3 మరియు సెల్ మెటబాలిజం మధ్య సంబంధాన్ని ప్రతిబింబిస్తుంది, అయితే M10 అనేది కణాల పెరుగుదల మరియు మైక్రోటూబ్యూల్ ఫంక్షన్‌కి సంబంధించినది. ADతో పోలిస్తే, నాలుగు మాడ్యూల్స్ నియంత్రణ మరియు PDలో పెంచబడ్డాయి, వాటికి వ్యాధి-నిర్దిష్ట AD మార్పులను అందిస్తాయి (మూర్తి S2C). మొత్తంమీద, ఈ ఫలితాలు AD (13, 17)లో మనం ఇంతకుముందు గమనించిన న్యూరాన్-రిచ్ మాడ్యూల్స్ యొక్క తగ్గిన సమృద్ధికి మద్దతు ఇస్తాయి. సారాంశంలో, మేము కనుగొన్న మెదడు ప్రోటీమ్ యొక్క నెట్‌వర్క్ విశ్లేషణ మా మునుపటి ఫలితాలకు అనుగుణంగా AD- నిర్దిష్టంగా మార్చబడిన మాడ్యూల్‌లను ఉత్పత్తి చేసింది.
AD ప్రారంభ లక్షణరహిత దశ (AsymAD) ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది, దీనిలో వ్యక్తులు క్లినికల్ కాగ్నిటివ్ క్షీణత లేకుండా అమిలాయిడ్ చేరడం ప్రదర్శిస్తారు (5, 31). ఈ లక్షణరహిత దశ ప్రారంభ గుర్తింపు మరియు జోక్యానికి క్లిష్టమైన విండోను సూచిస్తుంది. మేము ఇంతకుముందు స్వతంత్ర డేటా సెట్‌లలో (13, 17) AsymAD మరియు AD మెదడు నెట్‌వర్క్ ప్రోటీమ్ యొక్క బలమైన మాడ్యులర్ సంరక్షణను ప్రదర్శించాము. మేము ప్రస్తుతం కనుగొన్న మెదడు నెట్‌వర్క్ ఈ మునుపటి ఫలితాలకు అనుగుణంగా ఉందని నిర్ధారించుకోవడానికి, మేము 27 DLPFC సంస్థల నుండి ప్రతిరూప డేటా సెట్‌లో 44 మాడ్యూళ్ల సంరక్షణను విశ్లేషించాము. ఈ సంస్థలలో నియంత్రణ (n = 10), AsymAD (n = 8) మరియు AD (n = 9) కేసులు ఉన్నాయి. మా డిస్కవరీ బ్రెయిన్ కోహోర్ట్ (టేబుల్ S1B) యొక్క విశ్లేషణలో నియంత్రణ మరియు AD నమూనాలు చేర్చబడ్డాయి, అయితే AsymAD కేసులు రెప్లికేషన్ కోహోర్ట్‌లో మాత్రమే ప్రత్యేకమైనవి. ఈ AsymAD కేసులు Emory Goizueta ADRC బ్రెయిన్ బ్యాంక్ నుండి కూడా వచ్చాయి. మరణం సమయంలో జ్ఞానం సాధారణమైనప్పటికీ, అమిలాయిడ్ స్థాయిలు అసాధారణంగా ఎక్కువగా ఉన్నాయి (అంటే CERAD, 2.8 ± 0.5) (టేబుల్ S1B).
ఈ 27 మెదడు కణజాలాల యొక్క TMT-MS విశ్లేషణ 11,244 ప్రోటీమ్‌ల పరిమాణానికి దారితీసింది. ఈ చివరి గణనలో కనీసం 50% నమూనాలలో లెక్కించబడిన ప్రోటీన్లు మాత్రమే ఉంటాయి. ఈ ప్రతిరూప డేటా సెట్‌లో మా ఆవిష్కరణ మెదడు విశ్లేషణలో కనుగొనబడిన 8817 ప్రోటీన్‌లలో 8638 (98.0%) ఉన్నాయి మరియు నియంత్రణ మరియు AD కోహోర్ట్‌ల మధ్య దాదాపు 3000 గణనీయంగా మారిన ప్రోటీన్‌లను కలిగి ఉంది (P <0.05, వైవిధ్యం విశ్లేషణ కోసం టుకే జత చేసిన t పరీక్ష తర్వాత) ( టేబుల్ S2F). ఈ భేదాత్మకంగా వ్యక్తీకరించబడిన ప్రోటీన్‌లలో, 910 AD మరియు మెదడు ప్రోటీమ్ నియంత్రణ కేసుల మధ్య గణనీయమైన స్థాయి మార్పులను కూడా చూపించింది (P <0.05, ANOVA టుకే జత చేసిన t-టెస్ట్ తర్వాత). ఈ 910 గుర్తులు ప్రోటీమ్‌ల మధ్య మార్పు దిశలో అత్యంత స్థిరంగా ఉన్నాయని గమనించాలి (r = 0.94, P <1.0 × 10-200) (మూర్తి S3A). పెరిగిన ప్రోటీన్‌లలో, డేటా సెట్‌ల మధ్య అత్యంత స్థిరమైన మార్పులతో ఉన్న ప్రోటీన్‌లు ప్రధానంగా గ్లియల్-రిచ్ M5 మరియు M18 మాడ్యూల్స్ (MDK, COL25A1, MAPT, NTN1, SMOC1 మరియు GFAP) సభ్యులు. తగ్గిన ప్రొటీన్‌లలో, అత్యంత స్థిరమైన మార్పులు ఉన్నవి దాదాపుగా సినాప్స్‌తో అనుబంధించబడిన M1 మాడ్యూల్ (NPTX2, VGF మరియు RPH3A) సభ్యులు. మేము వెస్ట్రన్ బ్లాటింగ్ (Figure S3B) ద్వారా మిడ్‌కైన్ (MDK), CD44, స్రవించే ఫ్రిజ్డ్-సంబంధిత ప్రోటీన్ 1 (SFRP1) మరియు VGF యొక్క AD- సంబంధిత మార్పులను మరింత ధృవీకరించాము. మెదడు ప్రోటీమ్‌లోని 80% ప్రోటీన్ మాడ్యూల్స్ (34/44) రెప్లికేషన్ డేటా సెట్‌లో గణనీయంగా భద్రపరచబడిందని మాడ్యూల్ ప్రిజర్వేషన్ విశ్లేషణ చూపించింది (z-స్కోరు> 1.96, FDR సరిదిద్దబడింది P <0.05) (Figure S3C). వీటిలో పద్నాలుగు మాడ్యూల్‌లు రెండు ప్రోటీమ్‌ల మధ్య ప్రత్యేకంగా రిజర్వ్ చేయబడ్డాయి (z-స్కోరు> 10, FDR సరిదిద్దబడింది P <1.0 × 10−23). మొత్తంమీద, మెదడు ప్రోటీమ్ మధ్య అవకలన వ్యక్తీకరణ మరియు మాడ్యులర్ కూర్పులో అధిక స్థాయి స్థిరత్వం యొక్క ఆవిష్కరణ మరియు ప్రతిరూపం AD ఫ్రంటల్ కార్టెక్స్ ప్రోటీన్‌లలో మార్పుల పునరుత్పత్తి సామర్థ్యాన్ని హైలైట్ చేస్తుంది. అదనంగా, AsymAD మరియు మరింత అధునాతన వ్యాధులు చాలా సారూప్య మెదడు నెట్‌వర్క్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉన్నాయని కూడా ధృవీకరించింది.
మెదడు రెప్లికేషన్ డేటా సెట్‌లోని అవకలన వ్యక్తీకరణ యొక్క మరింత వివరణాత్మక విశ్లేషణ AsymAD ప్రోటీన్ మార్పుల యొక్క గణనీయమైన స్థాయిని హైలైట్ చేస్తుంది, AsymAD మరియు నియంత్రణ (P <0.05) (Figure S3D) మధ్య మొత్తం 151 గణనీయంగా మారిన ప్రోటీన్‌లతో సహా. అమిలాయిడ్ లోడ్‌కు అనుగుణంగా, AsymAD మరియు AD మెదడులోని APP గణనీయంగా పెరిగింది. MAPT ADలో మాత్రమే గణనీయంగా మారుతుంది, ఇది పెరిగిన చిక్కుల స్థాయిలకు మరియు అభిజ్ఞా క్షీణతతో దాని తెలిసిన సహసంబంధానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది (5, 7). గ్లియల్-రిచ్ మాడ్యూల్స్ (M5 మరియు M18) AsymADలో పెరిగిన ప్రోటీన్‌లలో ఎక్కువగా ప్రతిబింబిస్తాయి, అయితే న్యూరాన్-సంబంధిత M1 మాడ్యూల్ AsymADలో తగ్గిన ప్రోటీన్‌లకు అత్యంత ప్రతినిధి. ఈ AsymAD గుర్తులలో చాలా వరకు రోగలక్షణ వ్యాధులలో ఎక్కువ మార్పులను చూపుతాయి. ఈ గుర్తులలో SMOC1, M18కి చెందిన గ్లియల్ ప్రోటీన్, ఇది మెదడు కణితులు మరియు కళ్ళు మరియు అవయవాల అభివృద్ధికి సంబంధించినది (32). MDK అనేది కణాల పెరుగుదలకు సంబంధించిన హెపారిన్-బైండింగ్ గ్రోత్ ఫ్యాక్టర్ మరియు M18 యొక్క మరొక సభ్యుడు ఆంజియోజెనిసిస్ (33). నియంత్రణ సమూహంతో పోలిస్తే, AsymAD గణనీయంగా పెరిగింది, తరువాత ADలో ఎక్కువ పెరుగుదల ఉంది. దీనికి విరుద్ధంగా, సినాప్టిక్ ప్రోటీన్ న్యూరోపెంట్రాక్సిన్ 2 (NPTX2) AsymAD మెదడులో గణనీయంగా తగ్గింది. NPTX2 గతంలో న్యూరోడెజెనరేషన్‌తో అనుబంధించబడింది మరియు ఉత్తేజిత సినాప్సెస్‌ను మధ్యవర్తిత్వం చేయడంలో గుర్తించబడిన పాత్రను కలిగి ఉంది (34). మొత్తంమీద, ఈ ఫలితాలు ADలో వివిధ రకాల ప్రిలినికల్ ప్రోటీన్ మార్పులను వెల్లడిస్తాయి, ఇవి వ్యాధి యొక్క తీవ్రతతో పురోగమిస్తున్నట్లు అనిపిస్తుంది.
మెదడు ప్రోటీమ్ యొక్క ఆవిష్కరణలో మేము ప్రోటీన్ కవరేజ్ యొక్క గణనీయమైన లోతును సాధించాము కాబట్టి, మేము నెట్‌వర్క్-స్థాయి AD ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమ్‌తో దాని అతివ్యాప్తిని మరింత పూర్తిగా అర్థం చేసుకోవడానికి ప్రయత్నిస్తున్నాము. అందువల్ల, మేము కనుగొన్న మెదడు ప్రోటీమ్‌ను AD (n = 308) మరియు నియంత్రణ (n = 157) DLPFC కణజాలాల (13)లోని 18,204 జన్యువుల మైక్రోఅరే కొలత నుండి గతంలో ఉత్పత్తి చేసిన మాడ్యూల్‌తో పోల్చాము. అతివ్యాప్తి. మొత్తంగా, మేము 20 వేర్వేరు RNA మాడ్యూల్‌లను గుర్తించాము, వీటిలో చాలావరకు న్యూరాన్‌లు, ఒలిగోడెండ్రోసైట్‌లు, ఆస్ట్రోసైట్‌లు మరియు మైక్రోగ్లియా (మూర్తి 3A)తో సహా నిర్దిష్ట కణ రకాలను సుసంపన్నం చేయడాన్ని ప్రదర్శించాయి. ADలో ఈ మాడ్యూల్స్ యొక్క బహుళ మార్పులు మూర్తి 3Bలో చూపబడ్డాయి. లోతైన లేబుల్ లేని MS ప్రోటీమ్ (సుమారు 3000 ప్రోటీన్లు) (13) ఉపయోగించి మా మునుపటి ప్రోటీన్-RNA అతివ్యాప్తి విశ్లేషణకు అనుగుణంగా, మేము కనుగొన్న మెదడు ప్రోటీమ్ నెట్‌వర్క్‌లోని 44 మాడ్యూళ్లలో ఎక్కువ భాగం ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమ్ నెట్‌వర్క్‌లో ఉన్నట్లు గుర్తించదగిన అతివ్యాప్తి లేదు. మెదడు ప్రోటీమ్‌లో ఎక్కువగా ఉంచబడిన 34 ప్రోటీన్ మాడ్యూల్స్ యొక్క మా ఆవిష్కరణ మరియు ప్రతిరూపం, ఫిషర్ యొక్క ఖచ్చితమైన పరీక్ష (FET)లో కేవలం 14 (~40%) మంది మాత్రమే ఉత్తీర్ణులయ్యారు, ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమ్ (మూర్తి 3A)తో గణాంకపరంగా ముఖ్యమైన అతివ్యాప్తి ఉన్నట్లు నిరూపించబడింది. DNA నష్టం మరమ్మత్తు (P-M25 మరియు P-M19), ప్రోటీన్ అనువాదం (P-M7 మరియు P-M20), RNA బైండింగ్/స్ప్లికింగ్ (P-M16 మరియు P-M21) మరియు ప్రోటీన్ టార్గెటింగ్ (P-M13 మరియు P-)తో అనుకూలమైనది M23) ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమ్‌లోని మాడ్యూల్‌లతో అతివ్యాప్తి చెందదు. అందువల్ల, ప్రస్తుత అతివ్యాప్తి విశ్లేషణ (13)లో లోతైన ప్రోటీమ్ డేటా సెట్ ఉపయోగించబడినప్పటికీ, చాలా వరకు AD నెట్‌వర్క్ ప్రోటీమ్ ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమ్ నెట్‌వర్క్‌కు మ్యాప్ చేయబడదు.
(A) హైపర్‌జోమెట్రిక్ FET AD ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమ్ (టాప్) యొక్క RNA మాడ్యూల్‌లోని సెల్ రకం-నిర్దిష్ట గుర్తులను మరియు AD మెదడు యొక్క RNA (x-యాక్సిస్) మరియు ప్రోటీన్ (y-యాక్సిస్) మాడ్యూల్స్ మధ్య అతివ్యాప్తి స్థాయిని ప్రదర్శిస్తుంది. (దిగువ) . ఎరుపు రంగు షేడింగ్ యొక్క తీవ్రత ఎగువ ప్యానెల్‌లోని సెల్ రకాలను మెరుగుపరచడం మరియు దిగువ ప్యానెల్‌లోని మాడ్యూళ్ల అతివ్యాప్తి యొక్క తీవ్రతను సూచిస్తుంది. ఆస్టరిస్క్‌లు గణాంక ప్రాముఖ్యతను సూచిస్తాయి (P <0.05). (B) ప్రతి ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమ్ మాడ్యూల్ యొక్క లక్షణ జన్యువులు మరియు AD స్థితి మధ్య పరస్పర సంబంధం యొక్క డిగ్రీ. ఎడమ వైపున ఉన్న మాడ్యూల్స్ AD (నీలం)తో అత్యంత ప్రతికూలంగా సంబంధం కలిగి ఉంటాయి మరియు కుడి వైపున ఉన్నవి AD (ఎరుపు)తో అత్యంత సానుకూలంగా సంబంధం కలిగి ఉంటాయి. లాగ్-ట్రాన్స్‌ఫార్మ్డ్ BH-కరెక్టెడ్ P విలువ ప్రతి సహసంబంధం యొక్క గణాంక ప్రాముఖ్యత స్థాయిని సూచిస్తుంది. (సి) షేర్డ్ సెల్ రకం సుసంపన్నతతో ముఖ్యమైన అతివ్యాప్తి మాడ్యూల్స్. (D) అతివ్యాప్తి మాడ్యూల్‌లో లేబుల్ చేయబడిన ప్రోటీన్ (x-axis) మరియు RNA (y-axis) యొక్క లాగ్2 రెట్లు మార్పు యొక్క సహసంబంధ విశ్లేషణ. సంబంధిత P విలువతో పియర్సన్ సహసంబంధ గుణకం ప్రదర్శించబడుతుంది. మైక్రో, మైక్రోగ్లియా; ఖగోళ వస్తువులు, ఆస్ట్రోసైట్లు. CT, నియంత్రణ.
చాలా అతివ్యాప్తి చెందుతున్న ప్రోటీన్ మరియు RNA మాడ్యూల్స్ ఒకే రకమైన సెల్ రకం సుసంపన్నత ప్రొఫైల్‌లను మరియు స్థిరమైన AD మార్పు దిశలను పంచుకుంటాయి (మూర్తి 3, B మరియు C). మరో మాటలో చెప్పాలంటే, మెదడు ప్రోటీమ్ (PM 1) యొక్క సినాప్సే-సంబంధిత M1 మాడ్యూల్ మూడు న్యూరోనల్-రిచ్ హోమోలాగస్ RNA మాడ్యూల్‌లకు (R-M1, R-M9 మరియు R-M16) మ్యాప్ చేయబడింది, ఇవి AD రెండూ చూపించాయి. తగ్గిన స్థాయి. అదేవిధంగా, గ్లియల్-రిచ్ M5 మరియు M18 ప్రోటీన్ మాడ్యూల్స్ ఆస్ట్రోసైట్‌లు మరియు మైక్రోగ్లియల్ మార్కర్‌లు (R-M3, R-M7 మరియు R-M10) అధికంగా ఉండే RNA మాడ్యూల్స్‌తో అతివ్యాప్తి చెందుతాయి మరియు వ్యాధుల పెరుగుదలలో ఎక్కువగా పాల్గొంటాయి. రెండు డేటా సెట్‌ల మధ్య ఈ భాగస్వామ్య మాడ్యులర్ ఫీచర్‌లు మెదడు ప్రోటీమ్‌లో మనం గమనించిన సెల్ రకం సుసంపన్నత మరియు వ్యాధి-సంబంధిత మార్పులకు మరింత మద్దతునిస్తాయి. అయినప్పటికీ, ఈ భాగస్వామ్య మాడ్యూళ్ళలో వ్యక్తిగత మార్కర్ల యొక్క RNA మరియు ప్రోటీన్ స్థాయిల మధ్య చాలా ముఖ్యమైన తేడాలను మేము గమనించాము. ఈ అతివ్యాప్తి మాడ్యూల్స్‌లోని అణువుల ప్రోటీమిక్స్ మరియు ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమిక్స్ యొక్క అవకలన వ్యక్తీకరణ యొక్క సహసంబంధ విశ్లేషణ (మూర్తి 3D) ఈ అస్థిరతను హైలైట్ చేస్తుంది. ఉదాహరణకు, APP మరియు అనేక ఇతర గ్లియల్ మాడ్యూల్ ప్రోటీన్‌లు (NTN1, MDK, COL25A1, ICAM1 మరియు SFRP1) AD ప్రోటీమ్‌లో గణనీయమైన పెరుగుదలను చూపించాయి, అయితే AD ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమ్‌లో దాదాపుగా ఎటువంటి మార్పు లేదు. ఈ ప్రోటీన్-నిర్దిష్ట మార్పులు అమిలాయిడ్ ఫలకాలు (23, 35)తో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉండవచ్చు, ఇది రోగలక్షణ మార్పులకు మూలంగా ప్రోటీమ్‌ను హైలైట్ చేస్తుంది మరియు ఈ మార్పులు ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమ్‌లో ప్రతిబింబించకపోవచ్చు.
మేము కనుగొన్న మెదడు మరియు CSF ప్రోటీమ్‌లను స్వతంత్రంగా విశ్లేషించిన తర్వాత, మెదడు నెట్‌వర్క్ యొక్క పాథోఫిజియాలజీకి సంబంధించిన AD CSF బయోమార్కర్లను గుర్తించడానికి మేము రెండు డేటా సెట్‌ల యొక్క సమగ్ర విశ్లేషణను నిర్వహించాము. మనం మొదట రెండు ప్రోటీమ్‌ల అతివ్యాప్తిని నిర్వచించాలి. AD మెదడు (4)లో CSF న్యూరోకెమికల్ మార్పులను ప్రతిబింబిస్తుందని విస్తృతంగా ఆమోదించబడినప్పటికీ, AD మెదడు మరియు CSF ప్రోటీమ్ మధ్య అతివ్యాప్తి యొక్క ఖచ్చితమైన డిగ్రీ అస్పష్టంగా ఉంది. మా రెండు ప్రోటీమ్‌లలో కనుగొనబడిన భాగస్వామ్య జన్యు ఉత్పత్తుల సంఖ్యను పోల్చడం ద్వారా, సెరెబ్రోస్పానియల్ ద్రవంలో గుర్తించబడిన దాదాపు 70% (n = 1936) ప్రోటీన్‌లు మెదడులో కూడా లెక్కించబడ్డాయి (మూర్తి 4A). ఈ అతివ్యాప్తి చెందుతున్న ప్రోటీన్‌లలో ఎక్కువ భాగం (n = 1721) డిస్కవరీ బ్రెయిన్ డేటా సెట్ (మూర్తి 4B) నుండి 44 సహ-వ్యక్తీకరణ మాడ్యూళ్లలో ఒకదానికి మ్యాప్ చేయబడ్డాయి. ఊహించినట్లుగా, ఆరు అతిపెద్ద మెదడు మాడ్యూల్స్ (M1 నుండి M6 వరకు) అత్యధిక మొత్తంలో CSF అతివ్యాప్తిని ప్రదర్శించాయి. ఏది ఏమైనప్పటికీ, మెదడు మాడ్యూల్ కంటే దాని పరిమాణంలో రెండు రెట్లు పెద్దది, ఊహించని విధంగా అధిక స్థాయి అతివ్యాప్తిని సాధించే చిన్న మెదడు మాడ్యూల్స్ (ఉదాహరణకు, M15 మరియు M29) ఉన్నాయి. మెదడు మరియు సెరెబ్రోస్పానియల్ ద్రవం మధ్య అతివ్యాప్తిని లెక్కించడానికి మరింత వివరంగా, గణాంకపరంగా నడిచే పద్ధతిని అనుసరించడానికి ఇది మనల్ని ప్రేరేపిస్తుంది.
(A మరియు B) డిస్కవరీ మెదడు మరియు CSF డేటా సెట్‌లలో కనుగొనబడిన ప్రోటీన్‌లు అతివ్యాప్తి చెందుతాయి. ఈ అతివ్యాప్తి చెందుతున్న ప్రోటీన్‌లలో ఎక్కువ భాగం మెదడు సహ-వ్యక్తీకరణ నెట్‌వర్క్ యొక్క 44 సహ-వ్యక్తీకరణ మాడ్యూళ్లలో ఒకదానితో అనుబంధించబడి ఉంటాయి. (సి) సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ ప్రోటీమ్ మరియు బ్రెయిన్ నెట్‌వర్క్ ప్రోటీమ్ మధ్య అతివ్యాప్తిని కనుగొనండి. హీట్ మ్యాప్‌లోని ప్రతి అడ్డు వరుస హైపర్‌జోమెట్రిక్ FET యొక్క ప్రత్యేక అతివ్యాప్తి విశ్లేషణను సూచిస్తుంది. ఎగువ వరుస మెదడు మాడ్యూల్ మరియు మొత్తం CSF ప్రోటీమ్ మధ్య అతివ్యాప్తి (బూడిద/నలుపు షేడింగ్) వర్ణిస్తుంది. మెదడు మాడ్యూల్స్ మరియు CSF ప్రోటీన్ (ఎరుపు రంగులో షేడెడ్) మధ్య అతివ్యాప్తి AD (P <0.05)లో గణనీయంగా నియంత్రించబడిందని రెండవ పంక్తి వర్ణిస్తుంది. మెదడు మాడ్యూల్స్ మరియు CSF ప్రోటీన్ (బ్లూ షేడింగ్) మధ్య అతివ్యాప్తి AD (P <0.05)లో గణనీయంగా నియంత్రించబడుతుందని మూడవ వరుస చూపిస్తుంది. FET నుండి తీసుకోబడిన P విలువను సరిచేయడానికి BH పద్ధతిని ఉపయోగించండి. (D) సెల్ రకం అనుబంధం మరియు సంబంధిత GO నిబంధనల ఆధారంగా ఫోల్డింగ్ మాడ్యూల్ ప్యానెల్. ఈ ప్యానెల్‌లు మొత్తం 271 మెదడు సంబంధిత ప్రోటీన్‌లను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి CSF ప్రోటీమ్‌లో అర్ధవంతమైన అవకలన వ్యక్తీకరణను కలిగి ఉంటాయి.
సింగిల్-టెయిల్డ్ FETలను ఉపయోగించి, మేము CSF ప్రోటీమ్ మరియు వ్యక్తిగత మెదడు మాడ్యూల్స్ మధ్య ప్రోటీన్ అతివ్యాప్తి యొక్క ప్రాముఖ్యతను అంచనా వేసాము. CSF డేటా సెట్‌లోని మొత్తం 14 మెదడు మాడ్యూల్స్ గణాంకపరంగా ముఖ్యమైన అతివ్యాప్తులు (FDR సర్దుబాటు చేయబడిన P <0.05), మరియు అదనపు మాడ్యూల్ (M18) కలిగి ఉన్నాయని విశ్లేషణ వెల్లడించింది (FDR సర్దుబాటు చేయబడిన P = 0.06) (Figure 4C) , పై వరుస). విభిన్నంగా వ్యక్తీకరించబడిన CSF ప్రోటీన్‌లతో బలంగా అతివ్యాప్తి చెందే మాడ్యూల్‌లపై కూడా మాకు ఆసక్తి ఉంది. అందువల్ల, ADలో ఏ (i) CSF ప్రోటీన్ గణనీయంగా పెరిగిందో మరియు (ii) CSF ప్రోటీన్ AD (P <0.05, జత చేసిన t టెస్ట్ AD/నియంత్రణ) బ్రెయిన్ మాడ్యూల్స్‌లో అర్ధవంతమైన అతివ్యాప్తితో గణనీయంగా తగ్గిందని గుర్తించడానికి మేము రెండు అదనపు FET విశ్లేషణలను వర్తింపజేసాము. వాటి మధ్య. మూర్తి 4C యొక్క మధ్య మరియు దిగువ వరుసలలో చూపినట్లుగా, ఈ అదనపు విశ్లేషణలు 44 మెదడు మాడ్యూళ్ళలో 8 AD CSF (M12, M1, M2, M18, M5, M44, M33 మరియు M38)లో జోడించిన ప్రోటీన్‌తో గణనీయంగా అతివ్యాప్తి చెందుతాయని చూపుతున్నాయి. . AD CSFలో తగ్గిన ప్రోటీన్‌తో కేవలం రెండు మాడ్యూల్స్ (M6 మరియు M15) అర్ధవంతమైన అతివ్యాప్తిని చూపించాయి. ఊహించినట్లుగా, మొత్తం 10 మాడ్యూల్‌లు CSF ప్రోటీమ్‌తో అత్యధిక అతివ్యాప్తితో 15 మాడ్యూల్స్‌లో ఉన్నాయి. కాబట్టి, ఈ 15 మాడ్యూల్‌లు AD మెదడు-ఉత్పన్నమైన CSF బయోమార్కర్ల యొక్క అధిక-దిగుబడి మూలాలు అని మేము ఊహిస్తాము.
మేము ఈ 15 అతివ్యాప్తి చెందుతున్న మాడ్యూళ్లను WGCNA ట్రీ రేఖాచిత్రంలో వాటి సామీప్యత మరియు సెల్ రకాలు మరియు జీన్ ఒంటాలజీ (మూర్తి 4D)తో అనుబంధం ఆధారంగా ఐదు పెద్ద ప్రోటీన్ ప్యానెల్‌లుగా మడతపెట్టాము. మొదటి ప్యానెల్‌లో న్యూరాన్ మార్కర్‌లు మరియు సినాప్స్-సంబంధిత ప్రోటీన్‌లు (M1 మరియు M12) అధికంగా ఉండే మాడ్యూల్స్ ఉన్నాయి. సినాప్టిక్ ప్యానెల్ మొత్తం 94 ప్రోటీన్‌లను కలిగి ఉంది మరియు CSF ప్రోటీమ్‌లోని స్థాయిలు గణనీయంగా మారాయి, ఐదు ప్యానెల్‌లలో మెదడు సంబంధిత CSF మార్కర్‌ల యొక్క అతిపెద్ద మూలంగా ఇది మారింది. రెండవ సమూహం (M6 మరియు M15) "గాయం నయం" (M6) మరియు "హ్యూమరల్ రోగనిరోధక ప్రతిస్పందన నియంత్రణ" (M15) వంటి ఎండోథెలియల్ సెల్ మార్కర్స్ మరియు వాస్కులర్ బాడీతో సన్నిహిత సంబంధాన్ని ప్రదర్శించింది. M15 కూడా లిపోప్రొటీన్ జీవక్రియకు సంబంధించినది, ఇది ఎండోథెలియం (36)కి దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. వాస్కులర్ ప్యానెల్ మెదడుకు సంబంధించిన 34 CSF గుర్తులను కలిగి ఉంటుంది. మూడవ సమూహంలో మాడ్యూల్‌లు (M2 మరియు M4) ఉన్నాయి, ఇవి ఒలిగోడెండ్రోసైట్ గుర్తులు మరియు కణాల విస్తరణకు గణనీయంగా సంబంధించినవి. ఉదాహరణకు, M2 యొక్క ఉన్నత-స్థాయి ఒంటాలజీ నిబంధనలలో "DNA రెప్లికేషన్ యొక్క సానుకూల నియంత్రణ" మరియు "ప్యూరిన్ బయోసింథసిస్ ప్రక్రియ" ఉన్నాయి. ఇంతలో, M4లో "గ్లియల్ సెల్ డిఫరెన్సియేషన్" మరియు "క్రోమోజోమ్ సెగ్రిగేషన్" ఉన్నాయి. మైలినేషన్ ప్యానెల్ మెదడుకు సంబంధించిన 49 CSF గుర్తులను కలిగి ఉంది.
నాల్గవ సమూహం చాలా మాడ్యూల్‌లను కలిగి ఉంది (M30, M29, M18, M24 మరియు M5), మరియు దాదాపు అన్ని మాడ్యూల్స్‌లో మైక్రోగ్లియా మరియు ఆస్ట్రోసైట్ మార్కర్‌లు గణనీయంగా ఉంటాయి. మైలినేషన్ ప్యానెల్ మాదిరిగానే, నాల్గవ ప్యానెల్ కూడా కణాల విస్తరణకు దగ్గరి సంబంధం ఉన్న మాడ్యూల్‌లను (M30, M29 మరియు M18) కలిగి ఉంటుంది. ఈ సమూహంలోని ఇతర మాడ్యూల్‌లు "రోగనిరోధక ప్రభావ ప్రక్రియ" (M5) మరియు "రోగనిరోధక ప్రతిస్పందన నియంత్రణ" (M24) వంటి రోగనిరోధక పదాలకు అత్యంత సంబంధించినవి. గ్లియల్ రోగనిరోధక సమూహం మెదడుకు సంబంధించిన 42 CSF గుర్తులను కలిగి ఉంటుంది. చివరగా, చివరి ప్యానెల్‌లో నాలుగు మాడ్యూల్స్‌లో (M44, M3, M33 మరియు M38) 52 మెదడు సంబంధిత గుర్తులు ఉన్నాయి, ఇవన్నీ శక్తి నిల్వ మరియు జీవక్రియకు సంబంధించిన శరీరంలో ఉన్నాయి. ఈ మాడ్యూల్స్‌లో అతిపెద్దది (M3) మైటోకాండ్రియాతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది మరియు న్యూరాన్-నిర్దిష్ట గుర్తులతో సమృద్ధిగా ఉంటుంది. M38 ఈ జీవక్రియలోని చిన్న మాడ్యూల్ సభ్యులలో ఒకటి మరియు మితమైన న్యూరాన్ విశిష్టతను కూడా ప్రదర్శిస్తుంది.
మొత్తంమీద, ఈ ఐదు ప్యానెల్‌లు AD కార్టెక్స్‌లో విస్తృత శ్రేణి సెల్ రకాలు మరియు విధులను ప్రతిబింబిస్తాయి మరియు సమిష్టిగా 271 మెదడు సంబంధిత CSF గుర్తులను (టేబుల్ S2G) కలిగి ఉంటాయి. ఈ MS ఫలితాల చెల్లుబాటును అంచనా వేయడానికి, మేము మల్టీప్లెక్సింగ్ సామర్థ్యాలు, అధిక సున్నితత్వం మరియు నిర్దిష్టతతో కూడిన ఆర్తోగోనల్ యాంటీబాడీ-ఆధారిత సాంకేతికత అయిన సామీప్య పొడిగింపు పరీక్ష (PEA)ని ఉపయోగించాము మరియు మేము ఈ 271 బయోమార్కర్‌ల ఉపసమితిని కనుగొన్న సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ నమూనాలను తిరిగి విశ్లేషించాము. (n = 36). ఈ 36 లక్ష్యాలు PEA యొక్క AD మల్టిపుల్‌లో మార్పును ప్రదర్శిస్తాయి, ఇది మా MS-ఆధారిత పరిశోధనలకు (r = 0.87, P = 5.6 × 10-12) దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది, ఇది మా సమగ్ర MS విశ్లేషణ ఫలితాలను బలంగా ధృవీకరించింది (మూర్తి S4 )
సినాప్టిక్ సిగ్నలింగ్ నుండి శక్తి జీవక్రియ వరకు మా ఐదు సమూహాలచే నొక్కిచెప్పబడిన జీవసంబంధమైన ఇతివృత్తాలు అన్నీ AD (1-3) యొక్క వ్యాధికారకానికి సంబంధించినవి. అందువల్ల, ఈ ప్యానెల్‌లను కలిగి ఉన్న మొత్తం 15 మాడ్యూల్స్ మేము కనుగొన్న మెదడు ప్రోటీమ్‌లోని AD పాథాలజీకి సంబంధించినవి (మూర్తి 2B). మా గ్లియల్ మాడ్యూల్స్ మరియు మా అతిపెద్ద న్యూరానల్ మాడ్యూల్స్ (M1 మరియు M3) మధ్య బలమైన ప్రతికూల పాథలాజికల్ కోరిలేషన్ మధ్య ఉన్న అధిక సానుకూల రోగలక్షణ సహసంబంధం అత్యంత ముఖ్యమైనది. మా ప్రతిరూప మెదడు ప్రోటీమ్ (Figure S3D) యొక్క అవకలన వ్యక్తీకరణ విశ్లేషణ M5 మరియు M18-ఉత్పన్నమైన గ్లియల్ ప్రోటీన్‌లను కూడా హైలైట్ చేస్తుంది. AsymAD మరియు రోగలక్షణ ADలో, అత్యధికంగా పెరిగిన గ్లియల్ ప్రోటీన్లు మరియు M1-సంబంధిత సినాప్సెస్‌లో ప్రోటీన్ చాలా వరకు తగ్గింది. ఈ పరిశీలనలు ఐదు సమూహాలలో మేము గుర్తించిన 271 సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ గుర్తులు AD కార్టెక్స్‌లోని వ్యాధి ప్రక్రియలకు సంబంధించినవి, ప్రారంభ లక్షణరహిత దశలలో సంభవించే వాటితో సహా.
మెదడు మరియు వెన్నెముక ద్రవంలో ప్యానెల్ ప్రోటీన్‌ల మార్పు దిశను మెరుగ్గా విశ్లేషించడానికి, మేము 15 అతివ్యాప్తి చెందుతున్న మాడ్యూల్‌లలో ప్రతిదాని కోసం క్రింది వాటిని గీసాము: (i) మెదడు డేటా సెట్‌లో మాడ్యూల్ సమృద్ధి స్థాయిని మరియు (ii) మాడ్యూల్‌ను కనుగొన్నాము ప్రోటీన్ వ్యత్యాసం సెరెబ్రోస్పానియల్ ద్రవంలో వ్యక్తీకరించబడింది (మూర్తి S5). ముందే చెప్పినట్లుగా, WGCNA మెదడులోని మాడ్యూల్ సమృద్ధి లేదా లక్షణ ప్రోటీన్ విలువను నిర్ణయించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది (13). సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ (AD/నియంత్రణ)లో మాడ్యులర్ ప్రోటీన్ల యొక్క అవకలన వ్యక్తీకరణను వివరించడానికి అగ్నిపర్వతం మ్యాప్ ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ గణాంకాలు ఐదు ప్యానెల్‌లలో మూడు మెదడు మరియు వెన్నెముక ద్రవంలో విభిన్న వ్యక్తీకరణ పోకడలను చూపుతాయని చూపుతున్నాయి. సినాప్స్ ప్యానెల్ (M1 మరియు M12) యొక్క రెండు మాడ్యూల్స్ AD మెదడులో సమృద్ధి స్థాయిలో తగ్గుదలని చూపుతాయి, అయితే AD CSF (Figure S5A)లో పెరిగిన ప్రోటీన్‌తో గణనీయంగా అతివ్యాప్తి చెందుతాయి. మెటాబోలోమ్ (M3 మరియు M38) కలిగి ఉన్న న్యూరాన్-సంబంధిత మాడ్యూల్స్ ఒకే విధమైన మెదడు మరియు సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ వ్యక్తీకరణ నమూనాలను అస్థిరంగా చూపించాయి (మూర్తి S5E). వాస్కులర్ ప్యానెల్ కూడా విభిన్న వ్యక్తీకరణ ధోరణులను చూపించింది, అయినప్పటికీ దాని మాడ్యూల్స్ (M6 మరియు M15) AD మెదడులో మధ్యస్తంగా పెరిగాయి మరియు వ్యాధిగ్రస్తులైన CSF (Figure S5B)లో తగ్గాయి. మిగిలిన రెండు ప్యానెల్‌లు పెద్ద గ్లియల్ నెట్‌వర్క్‌లను కలిగి ఉంటాయి, దీని ప్రోటీన్లు రెండు కంపార్ట్‌మెంట్లలో స్థిరంగా నియంత్రించబడతాయి (మూర్తి S5, C మరియు D).
ఈ ప్యానెల్‌లలోని అన్ని మార్కర్‌లకు ఈ ట్రెండ్‌లు సాధారణం కాదని దయచేసి గమనించండి. ఉదాహరణకు, సినాప్టిక్ ప్యానెల్ AD మెదడు మరియు CSF (Figure S5A)లో గణనీయంగా తగ్గించబడిన అనేక ప్రోటీన్‌లను కలిగి ఉంటుంది. ఈ క్రింది-నియంత్రిత సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ మార్కర్లలో M1 యొక్క NPTX2 మరియు VGF మరియు M12 యొక్క క్రోమోగ్రానిన్ B ఉన్నాయి. అయినప్పటికీ, ఈ మినహాయింపులు ఉన్నప్పటికీ, మా సినాప్టిక్ గుర్తులు చాలా వరకు AD వెన్నెముక ద్రవంలో ఎలివేట్ చేయబడ్డాయి. మొత్తంమీద, ఈ విశ్లేషణలు మా ప్రతి ఐదు ప్యానెల్‌లలో మెదడు మరియు సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ స్థాయిలలో గణాంకపరంగా ముఖ్యమైన పోకడలను గుర్తించగలిగాయి. ఈ పోకడలు ADలో మెదడు మరియు CSF ప్రోటీన్ వ్యక్తీకరణల మధ్య సంక్లిష్టమైన మరియు తరచుగా భిన్నమైన సంబంధాన్ని హైలైట్ చేస్తాయి.
అప్పుడు, మా 271 బయోమార్కర్ల సెట్‌ను అత్యంత ఆశాజనకంగా మరియు పునరుత్పత్తి చేయగల లక్ష్యాలకు (మూర్తి 5A) తగ్గించడానికి మేము అధిక-నిర్గమాంశ MS రెప్లికేషన్ అనాలిసిస్ (CSF రెప్లికేషన్ 1)ని ఉపయోగించాము. CSF కాపీ 1 నియంత్రణ, AsymAD మరియు AD కోహోర్ట్ (టేబుల్ S1A)తో సహా ఎమోరీ గోయిజుటా ADRC నుండి మొత్తం 96 నమూనాలను కలిగి ఉంది. ఈ AD కేసులు తేలికపాటి అభిజ్ఞా క్షీణత (సగటు MoCA, 20.0 ± 3.8) ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి మరియు సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ (టేబుల్ S1A)లో నిర్ధారించబడిన AD బయోమార్కర్లలో మార్పులు. మేము కనుగొన్న CSF విశ్లేషణకు విరుద్ధంగా, ఈ ప్రతిరూపణ మరింత సమర్థవంతమైన మరియు అధిక-నిర్గమాంశ "సింగిల్-షాట్" MS పద్ధతిని (ఆఫ్-లైన్ భిన్నం లేకుండా) ఉపయోగించి నిర్వహించబడుతుంది, ఇందులో వ్యక్తిగత నమూనాల రోగనిరోధక శక్తిని తగ్గించే అవసరాన్ని తొలగించే సరళీకృత నమూనా తయారీ ప్రోటోకాల్ ఉంటుంది. . బదులుగా, తక్కువ సమృద్ధిగా ఉండే ప్రోటీన్‌ల సిగ్నల్‌ను విస్తరించడానికి ఒకే రోగనిరోధక-క్షీణించిన “పెంపుదల ఛానెల్” ఉపయోగించబడుతుంది (37). ఇది మొత్తం ప్రోటీమ్ కవరేజీని తగ్గించినప్పటికీ, ఈ సింగిల్-షాట్ పద్ధతి మెషీన్ సమయాన్ని గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది మరియు ఆచరణీయంగా విశ్లేషించగల TMT-లేబుల్ చేయబడిన నమూనాల సంఖ్యను పెంచుతుంది (17, 38). మొత్తంగా, విశ్లేషణ 6,487 పెప్టైడ్‌లను గుర్తించింది, ఇది 96 కేసులలో 1,183 ప్రోటీమ్‌లకు మ్యాప్ చేయబడింది. మేము కనుగొన్న CSF విశ్లేషణ వలె, కనీసం 50% నమూనాలలో లెక్కించబడిన ప్రోటీన్లు మాత్రమే తదుపరి గణనలలో చేర్చబడ్డాయి మరియు వయస్సు మరియు లింగం యొక్క ప్రభావాల కోసం డేటా రిగ్రెజ్ చేయబడింది. ఇది 792 ప్రోటీమ్‌ల తుది పరిమాణానికి దారితీసింది, వీటిలో 95% కనుగొనబడిన CSF డేటా సెట్‌లో కూడా గుర్తించబడ్డాయి.
(ఎ) మెదడు-సంబంధిత CSF ప్రోటీన్ లక్ష్యాలు మొదటి ప్రతిరూప CSF కోహోర్ట్‌లో ధృవీకరించబడ్డాయి మరియు తుది ప్యానెల్‌లో చేర్చబడ్డాయి (n = 60). (B నుండి E) ప్యానెల్ బయోమార్కర్ స్థాయిలు (మిశ్రమ z-స్కోర్లు) నాలుగు CSF రెప్లికేషన్ కోహోర్ట్‌లలో కొలుస్తారు. ప్రతి ప్రతిరూప విశ్లేషణలో సమృద్ధిగా ఉన్న మార్పుల యొక్క గణాంక ప్రాముఖ్యతను అంచనా వేయడానికి టుకే యొక్క పోస్ట్-కరెక్షన్‌తో జత చేసిన t-పరీక్షలు లేదా ANOVA ఉపయోగించబడ్డాయి. CT, నియంత్రణ.
సమగ్ర విశ్లేషణ ద్వారా మా 271 మెదడు సంబంధిత CSF లక్ష్యాలను ధృవీకరించడానికి మేము ప్రత్యేకించి ఆసక్తిని కలిగి ఉన్నందున, మేము ఈ ప్రతిరూపమైన ప్రోటీమ్ యొక్క తదుపరి పరీక్షను ఈ గుర్తులకు పరిమితం చేస్తాము. ఈ 271 ప్రొటీన్‌లలో, 100 CSF రెప్లికేషన్ 1లో కనుగొనబడ్డాయి. నియంత్రణ మరియు AD రెప్లికేషన్ నమూనాల మధ్య ఈ 100 అతివ్యాప్తి చెందుతున్న గుర్తుల యొక్క అవకలన వ్యక్తీకరణను Figure S6A చూపిస్తుంది. సినాప్టిక్ మరియు మెటాబోలైట్ హిస్టోన్‌లు ADలో ఎక్కువగా పెరుగుతాయి, అయితే వాస్కులర్ ప్రొటీన్లు వ్యాధిలో చాలా వరకు తగ్గుతాయి. చాలా 100 అతివ్యాప్తి గుర్తులు (n = 70) రెండు డేటా సెట్‌లలో (మూర్తి S6B) మార్పు యొక్క ఒకే దిశను నిర్వహించాయి. ఈ 70 ధృవీకరించబడిన మెదడు సంబంధిత CSF మార్కర్‌లు (టేబుల్ S2H) గతంలో గమనించిన ప్యానెల్ వ్యక్తీకరణ ధోరణులను ఎక్కువగా ప్రతిబింబిస్తాయి, అనగా వాస్కులర్ ప్రోటీన్‌ల డౌన్-రెగ్యులేషన్ మరియు అన్ని ఇతర ప్యానెల్‌ల అప్-రెగ్యులేషన్. ఈ 70 ధృవీకరించబడిన ప్రోటీన్లలో 10 మాత్రమే AD సమృద్ధిలో మార్పులను చూపించాయి, ఇవి ఈ ప్యానెల్ పోకడలకు విరుద్ధంగా ఉన్నాయి. మెదడు మరియు సెరెబ్రోస్పానియల్ ద్రవం యొక్క మొత్తం ధోరణిని ఉత్తమంగా ప్రతిబింబించే ప్యానెల్‌ను రూపొందించడానికి, మేము చివరకు ధృవీకరించిన ఆసక్తి ప్యానెల్ నుండి ఈ 10 ప్రోటీన్‌లను మినహాయించాము (మూర్తి 5A). కాబట్టి, మా ప్యానెల్ చివరికి వేర్వేరు నమూనా తయారీ మరియు MS ప్లాట్‌ఫారమ్ విశ్లేషణను ఉపయోగించి రెండు స్వతంత్ర CSF AD కోహోర్ట్‌లలో ధృవీకరించబడిన మొత్తం 60 ప్రోటీన్‌లను కలిగి ఉంటుంది. CSF కాపీ 1 నియంత్రణ మరియు AD కేసులలోని ఈ తుది ప్యానెల్‌ల యొక్క z-స్కోర్ వ్యక్తీకరణ ప్లాట్‌లు మేము కనుగొన్న CSF కోహోర్ట్‌లో గమనించిన ప్యానెల్ ట్రెండ్‌ను నిర్ధారించాయి (మూర్తి 5B).
ఈ 60 ప్రొటీన్‌లలో, ADతో అనుబంధించబడిన అణువులు ఉన్నాయి, ఆస్టియోపాంటిన్ (SPP1), ఇది ప్రో-ఇన్‌ఫ్లమేటరీ సైటోకిన్, ఇది అనేక అధ్యయనాలలో (39-41), మరియు GAP43, ఒక సినాప్టిక్ ప్రోటీన్. అది స్పష్టంగా న్యూరోడెజెనరేషన్ (42)తో ముడిపడి ఉంది. అమియోట్రోఫిక్ లాటరల్ స్క్లెరోసిస్ (ALS) సంబంధిత సూపర్ ఆక్సైడ్ డిస్ముటేస్ 1 (SOD1) మరియు పార్కిన్సన్స్ వ్యాధికి సంబంధించిన డెసాకరేస్ (PARK7) వంటి ఇతర న్యూరోడెజెనరేటివ్ వ్యాధులకు సంబంధించిన మార్కర్లు పూర్తిగా ధృవీకరించబడిన ప్రోటీన్‌లు. SMOC1 మరియు బ్రెయిన్-రిచ్ మెమ్బ్రేన్ అటాచ్‌మెంట్ సిగ్నలింగ్ ప్రొటీన్ 1 (BASP1) వంటి అనేక ఇతర గుర్తులు న్యూరోడెజెనరేషన్‌కు మునుపటి లింక్‌లను పరిమితం చేశాయని కూడా మేము ధృవీకరించాము. CSF ప్రోటీమ్‌లో మొత్తం సమృద్ధి తక్కువగా ఉన్నందున, MAPT మరియు కొన్ని ఇతర AD- సంబంధిత ప్రొటీన్‌లను (ఉదాహరణకు, NEFL మరియు NRGN) విశ్వసనీయంగా గుర్తించడానికి ఈ హై-త్రూపుట్ సింగిల్-షాట్ డిటెక్షన్ పద్ధతిని ఉపయోగించడం మాకు కష్టమని గమనించాలి. ) ( 43, 44).
మేము మూడు అదనపు ప్రతిరూప విశ్లేషణలలో ఈ 60 ప్రాధాన్యత ప్యానెల్ మార్కర్‌లను తనిఖీ చేసాము. CSF కాపీ 2లో, Emory Goizueta ADRC (17) నుండి 297 నియంత్రణ మరియు AD నమూనాల స్వతంత్ర సమూహాన్ని విశ్లేషించడానికి మేము ఒకే TMT-MSని ఉపయోగించాము. CSF రెప్లికేషన్ 3లో 120 నియంత్రణ మరియు AD రోగుల నుండి లౌసాన్, స్విట్జర్లాండ్ (45) నుండి అందుబాటులో ఉన్న TMT-MS డేటా యొక్క పునర్విశ్లేషణ ఉంది. మేము ప్రతి డేటాసెట్‌లోని 60 ప్రాధాన్యత మార్కర్‌లలో మూడింట రెండు వంతుల కంటే ఎక్కువ గుర్తించాము. స్విస్ అధ్యయనం వేర్వేరు MS ప్లాట్‌ఫారమ్‌లు మరియు TMT పరిమాణ పద్ధతులను (45, 46) ఉపయోగించినప్పటికీ, మేము మా ప్యానెల్ ట్రెండ్‌లను రెండు పునరావృత విశ్లేషణలలో (మూర్తి 5, C మరియు D, మరియు టేబుల్స్ S2, I మరియు J) బలంగా పునరుత్పత్తి చేసాము. మా సమూహం యొక్క వ్యాధి విశిష్టతను అంచనా వేయడానికి, మేము నాల్గవ రెప్లికేషన్ డేటా సెట్‌ను (CSF రెప్లికేషన్ 4) విశ్లేషించడానికి TMT-MSని ఉపయోగించాము, ఇందులో నియంత్రణ (n = 18) మరియు AD (n = 17) కేసులు మాత్రమే కాకుండా PD ( n = 14)), ALS (n = 18) మరియు ఫ్రంటోటెంపోరల్ డిమెన్షియా (FTD) నమూనాలు (n = 11) (టేబుల్ S1A). మేము ఈ సమిష్టిలో దాదాపు మూడింట రెండు వంతుల ప్యానెల్ ప్రోటీన్‌లను విజయవంతంగా లెక్కించాము (60లో 38). ఈ ఫలితాలు మొత్తం ఐదు బయోమార్కర్ ప్యానెల్‌లలోని AD-నిర్దిష్ట మార్పులను హైలైట్ చేస్తాయి (మూర్తి 5E మరియు టేబుల్ S2K). మెటాబోలైట్ సమూహంలో పెరుగుదల బలమైన AD విశిష్టతను చూపించింది, తరువాత మైలినేషన్ మరియు గ్లియల్ సమూహం. కొంత వరకు, FTD ఈ ప్యానెల్‌ల మధ్య పెరుగుదలను కూడా చూపుతుంది, ఇది ఇలాంటి సంభావ్య నెట్‌వర్క్ మార్పులను ప్రతిబింబిస్తుంది (17). దీనికి విరుద్ధంగా, ALS మరియు PD నియంత్రణ సమూహం వలె దాదాపు అదే మైలినేషన్, గ్లియల్ మరియు మెటాబోలోమ్ ప్రొఫైల్‌లను చూపించాయి. మొత్తంమీద, నమూనా తయారీ, MS ప్లాట్‌ఫారమ్ మరియు TMT పరిమాణ పద్ధతుల్లో తేడాలు ఉన్నప్పటికీ, ఈ పునరావృత విశ్లేషణలు మా ప్రాధాన్యత ప్యానెల్ గుర్తులు 500 కంటే ఎక్కువ ప్రత్యేకమైన CSF నమూనాలలో అత్యంత స్థిరమైన AD- నిర్దిష్ట మార్పులను కలిగి ఉన్నాయని చూపుతున్నాయి.
అభిజ్ఞా లక్షణాలు కనిపించడానికి చాలా సంవత్సరాల ముందు AD న్యూరోడెజెనరేషన్ విస్తృతంగా గుర్తించబడింది, కాబట్టి AsymAD (5, 31) యొక్క బయోమార్కర్ల కోసం తక్షణ అవసరం ఉంది. అయినప్పటికీ, AsymAD యొక్క జీవశాస్త్రం సజాతీయతకు దూరంగా ఉందని మరింత ఎక్కువ ఆధారాలు చూపిస్తున్నాయి మరియు ప్రమాదం మరియు స్థితిస్థాపకత యొక్క సంక్లిష్ట పరస్పర చర్య తదుపరి వ్యాధి పురోగతిలో పెద్ద వ్యక్తిగత వ్యత్యాసాలకు దారి తీస్తుంది (47). AsymAD కేసులను గుర్తించడానికి ఉపయోగించినప్పటికీ, కోర్ CSF బయోమార్కర్ల స్థాయిలు (Aβ1-42, టోటల్ టౌ మరియు p-tau) ఎవరు చిత్తవైకల్యానికి (4, 7) పురోగమిస్తారో విశ్వసనీయంగా అంచనా వేయగలరని నిరూపించబడలేదు, ఇది మరింత ఎక్కువగా ఉండవచ్చు. ఈ జనాభా యొక్క ప్రమాదాన్ని ఖచ్చితంగా వర్గీకరించడానికి మెదడు శరీరధర్మ శాస్త్రం యొక్క బహుళ అంశాల ఆధారంగా సంపూర్ణ బయోమార్కర్ సాధనాలను చేర్చడం అవసరం. కాబట్టి, మేము తదనంతరం CSF కాపీ 1 యొక్క AsymAD జనాభాలో మా AD-ధృవీకరించబడిన బయోమార్కర్ ప్యానెల్‌ను విశ్లేషించాము. ఈ 31 AsymAD కేసులు అసాధారణమైన కోర్ బయోమార్కర్ స్థాయిలను (Aβ1–42/మొత్తం టౌ ELISA నిష్పత్తి, <5.5) మరియు పూర్తి జ్ఞానాన్ని (అంటే MoCA, 2711) చూపించాయి. ± 2.2) (టేబుల్ S1A). అదనంగా, AsymAD ఉన్న వ్యక్తులందరూ 0 క్లినికల్ డిమెన్షియా స్కోర్‌ను కలిగి ఉన్నారు, ఇది రోజువారీ అభిజ్ఞా లేదా క్రియాత్మక పనితీరులో క్షీణతకు ఎటువంటి ఆధారం లేదని సూచిస్తుంది.
మేము మొదట AsymAD కోహోర్ట్‌తో సహా మొత్తం 96 CSF ప్రతిరూపాలు 1లో ధృవీకరించబడిన ప్యానెల్‌ల స్థాయిలను విశ్లేషించాము. AsymAD సమూహంలోని అనేక ప్యానెల్‌లు గణనీయమైన AD-లాంటి సమృద్ధి మార్పులను కలిగి ఉన్నాయని మేము కనుగొన్నాము, వాస్కులర్ ప్యానెల్ AsymADలో అధోముఖ ధోరణిని చూపించింది, అయితే అన్ని ఇతర ప్యానెల్‌లు పైకి ధోరణిని చూపించాయి (మూర్తి 6A). అందువల్ల, అన్ని ప్యానెల్‌లు ELISA Aβ1-42 మరియు మొత్తం టౌ స్థాయిలతో అత్యంత ముఖ్యమైన సహసంబంధాన్ని చూపించాయి (మూర్తి 6B). దీనికి విరుద్ధంగా, సమూహం మరియు MoCA స్కోర్ మధ్య సహసంబంధం చాలా తక్కువగా ఉంది. ఈ విశ్లేషణల నుండి మరింత అద్భుతమైన ఫలితాలలో ఒకటి AsymAD కోహోర్ట్‌లోని పెద్ద శ్రేణి ప్యానెల్ సమృద్ధి. మూర్తి 6Aలో చూపినట్లుగా, AsymAD సమూహం యొక్క ప్యానెల్ స్థాయి సాధారణంగా నియంత్రణ సమూహం మరియు AD సమూహం యొక్క ప్యానెల్ స్థాయిని దాటుతుంది, సాపేక్షంగా అధిక వైవిధ్యాన్ని చూపుతుంది. AsymAD యొక్క ఈ వైవిధ్యతను మరింత అన్వేషించడానికి, మేము 96 CSF రెప్లికేషన్ 1 కేసులకు మల్టీడైమెన్షనల్ స్కేలింగ్ (MDS) విశ్లేషణను వర్తింపజేసాము. MDS విశ్లేషణ డేటా సెట్‌లోని కొన్ని వేరియబుల్స్ ఆధారంగా కేసుల మధ్య సారూప్యతను దృశ్యమానం చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. ఈ క్లస్టర్ విశ్లేషణ కోసం, మేము CSF డిస్కవరీ మరియు రెప్లికేషన్ 1 ప్రోటీమ్ (n = 29) (టేబుల్ S2L) స్థాయిలో గణాంకపరంగా ముఖ్యమైన మార్పు (P <0.05, AD/నియంత్రణ) ఉన్న ధృవీకరించబడిన ప్యానెల్ మార్కర్‌లను మాత్రమే ఉపయోగిస్తాము. ఈ విశ్లేషణ మా నియంత్రణ మరియు AD కేసుల మధ్య స్పష్టమైన ప్రాదేశిక క్లస్టరింగ్‌ను ఉత్పత్తి చేసింది (మూర్తి 6C). దీనికి విరుద్ధంగా, కొన్ని AsymAD కేసులు నియంత్రణ సమూహంలో స్పష్టంగా క్లస్టర్ చేయబడ్డాయి, మరికొన్ని AD కేసులలో ఉన్నాయి. ఈ AsymAD వైవిధ్యతను మరింత అన్వేషించడానికి, ఈ AsymAD కేసుల యొక్క రెండు సమూహాలను నిర్వచించడానికి మేము మా MDS మ్యాప్‌ని ఉపయోగించాము. మొదటి సమూహంలో నియంత్రణ (n = 19)కి దగ్గరగా ఉన్న AsymAD కేసులు ఉన్నాయి, అయితే రెండవ సమూహం AD (n = 12)కి దగ్గరగా ఉన్న మార్కర్ ప్రొఫైల్‌తో AsymAD కేసుల ద్వారా వర్గీకరించబడింది.
(A) AsymADతో సహా CSF రెప్లికేషన్ 1 కోహోర్ట్‌లోని మొత్తం 96 నమూనాలలో CSF బయోమార్కర్ సమూహం యొక్క వ్యక్తీకరణ స్థాయి (z-స్కోర్). ప్యానెల్ సమృద్ధి మార్పుల యొక్క గణాంక ప్రాముఖ్యతను అంచనా వేయడానికి టుకే యొక్క పోస్ట్-కరెక్షన్‌తో వ్యత్యాసం యొక్క విశ్లేషణ ఉపయోగించబడింది. (B) MoCA స్కోర్‌తో ప్యానెల్ ప్రోటీన్ సమృద్ధి స్థాయి (z-స్కోర్) యొక్క సహసంబంధ విశ్లేషణ మరియు ELISA Aβ1-42 మరియు CSF కాపీ 1 నమూనాలలో మొత్తం టౌ స్థాయి. సంబంధిత P విలువతో పియర్సన్ సహసంబంధ గుణకం ప్రదర్శించబడుతుంది. (సి) 96 CSF కాపీ 1 కేసుల యొక్క MDS 29 ధృవీకరించబడిన ప్యానెల్ మార్కర్‌ల సమృద్ధి స్థాయిలపై ఆధారపడింది, ఇవి డిస్కవరీ మరియు CSF కాపీ 1 డేటా సెట్‌లలో గణనీయంగా మార్చబడ్డాయి [P <0.05 AD/control (CT)]. ఈ విశ్లేషణ AsymAD సమూహాన్ని నియంత్రణ (n = 19) మరియు AD (n = 12) ఉప సమూహాలుగా విభజించడానికి ఉపయోగించబడింది. (D) అగ్నిపర్వతం ప్లాట్ రెండు AsymAD ఉప సమూహాల మధ్య -log10 గణాంక P విలువకు సంబంధించి log2 రెట్లు మార్పు (x-axis)తో అన్ని CSF రెప్లికేషన్ 1 ప్రోటీన్‌ల అవకలన వ్యక్తీకరణను చూపుతుంది. ప్యానెల్ బయోమార్కర్లు రంగులో ఉంటాయి. (E) ఎంపిక సమూహం బయోమార్కర్ల యొక్క CSF రెప్లికేషన్ 1 సమృద్ధి స్థాయి AsymAD ఉప సమూహాల మధ్య విభిన్నంగా వ్యక్తీకరించబడింది. గణాంక ప్రాముఖ్యతను అంచనా వేయడానికి తుకే యొక్క వైవిధ్యం యొక్క పోస్ట్-సర్దుబాటు విశ్లేషణ ఉపయోగించబడింది.
మేము ఈ నియంత్రణ మరియు AD-వంటి AsymAD కేసుల మధ్య అవకలన ప్రోటీన్ వ్యక్తీకరణను పరిశీలించాము (మూర్తి 6D మరియు టేబుల్ S2L). ఫలితంగా వచ్చిన అగ్నిపర్వతం మ్యాప్ రెండు సమూహాల మధ్య 14 ప్యానెల్ గుర్తులు గణనీయంగా మారినట్లు చూపిస్తుంది. ఈ గుర్తులలో ఎక్కువ భాగం సినాప్స్ మరియు మెటాబోలోమ్ సభ్యులు. అయినప్పటికీ, మైలిన్ మరియు గ్లియల్ రోగనిరోధక సమూహాలలో సభ్యులుగా ఉన్న SOD1 మరియు మైరిస్టోయిలేటెడ్ అలనైన్-రిచ్ ప్రోటీన్ కినేస్ C సబ్‌స్ట్రేట్ (MARCKS), కూడా ఈ సమూహానికి చెందినవి (మూర్తి 6, D మరియు E) . AE బైండింగ్ ప్రోటీన్ 1 (AEBP1) మరియు పూర్తి కుటుంబ సభ్యుడు C9తో సహా AD-వంటి AsymAD సమూహంలో గణనీయంగా తగ్గించబడిన రెండు గుర్తులను వాస్కులర్ ప్యానెల్ అందించింది. ELISA AB1-42 (P = 0.38) మరియు p-tau (P = 0.28)లో నియంత్రణ మరియు AD-వంటి AsymAD ఉప సమూహాల మధ్య గణనీయమైన తేడా లేదు, అయితే మొత్తం టౌ స్థాయి (P = 0.0031)లో నిజానికి గణనీయమైన తేడా ఉంది. ) (Fig. S7). రెండు AsymAD ఉప సమూహాల మధ్య మార్పులు మొత్తం టౌ స్థాయిలు (ఉదాహరణకు, YWHAZ, SOD1 మరియు MDH1) (మూర్తి 6E) కంటే చాలా ముఖ్యమైనవని సూచించే అనేక ప్యానెల్ గుర్తులు ఉన్నాయి. మొత్తంమీద, ఈ ఫలితాలు మా ధృవీకరించబడిన ప్యానెల్ బయోమార్కర్‌లను కలిగి ఉండవచ్చని సూచిస్తున్నాయి, ఇవి లక్షణరహిత వ్యాధి ఉన్న రోగుల యొక్క ఉప రకం మరియు సంభావ్య ప్రమాద స్తరీకరణను కలిగి ఉంటాయి.
AD వెనుక ఉన్న వివిధ పాథోఫిజియాలజీని మెరుగ్గా కొలవడానికి మరియు లక్ష్యంగా చేసుకోవడానికి సిస్టమ్-ఆధారిత బయోమార్కర్ సాధనాల తక్షణ అవసరం. ఈ సాధనాలు మా AD డయాగ్నొస్టిక్ ఫ్రేమ్‌వర్క్‌ను మార్చడమే కాకుండా, సమర్థవంతమైన, రోగి-నిర్దిష్ట చికిత్సా వ్యూహాలను (1, 2) స్వీకరించడాన్ని ప్రోత్సహిస్తాయి. ఈ క్రమంలో, మెదడు-ఆధారిత పాథోఫిజియాలజీ యొక్క విస్తృత శ్రేణిని ప్రతిబింబించే వెబ్ ఆధారిత CSF బయోమార్కర్లను గుర్తించడానికి మేము AD మెదడు మరియు CSFకి నిష్పాక్షికమైన సమగ్ర ప్రోటీమిక్స్ విధానాన్ని వర్తింపజేసాము. మా విశ్లేషణ ఐదు CSF బయోమార్కర్ ప్యానెల్‌లను ఉత్పత్తి చేసింది, ఇవి (i) సినాప్సెస్, రక్త నాళాలు, మైలిన్, రోగనిరోధక మరియు జీవక్రియ పనిచేయకపోవడాన్ని ప్రతిబింబిస్తాయి; (ii) వివిధ MS ప్లాట్‌ఫారమ్‌లపై బలమైన పునరుత్పత్తి సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శించండి; (iii) AD యొక్క ప్రారంభ మరియు చివరి దశల్లో ప్రగతిశీల వ్యాధి-నిర్దిష్ట మార్పులను చూపండి. మొత్తంమీద, ఈ పరిశోధనలు AD పరిశోధన మరియు క్లినికల్ అప్లికేషన్‌ల కోసం విభిన్నమైన, విశ్వసనీయమైన, వెబ్-ఆధారిత బయోమార్కర్ సాధనాల అభివృద్ధికి ఒక మంచి దశను సూచిస్తాయి.
మా ఫలితాలు AD మెదడు నెట్‌వర్క్ ప్రోటీమ్ యొక్క అత్యంత సంరక్షించబడిన సంస్థను ప్రదర్శిస్తాయి మరియు సిస్టమ్ ఆధారిత బయోమార్కర్ అభివృద్ధికి యాంకర్‌గా దాని ఉపయోగానికి మద్దతు ఇస్తాయి. AD మరియు AsymAD మెదడులను కలిగి ఉన్న రెండు స్వతంత్ర TMT-MS డేటాసెట్‌లు బలమైన మాడ్యులారిటీని కలిగి ఉన్నాయని మా విశ్లేషణ చూపిస్తుంది. ఈ పరిశోధనలు మా మునుపటి పనిని విస్తరించాయి, ఫ్రంటల్, ప్యారిటల్ మరియు టెంపోరల్ కార్టెక్స్ (17)లోని బహుళ స్వతంత్ర కోహోర్ట్‌ల నుండి 2,000 కంటే ఎక్కువ మెదడు కణజాలాల శక్తివంతమైన మాడ్యూళ్ల సంరక్షణను ప్రదర్శిస్తాయి. ఈ ఏకాభిప్రాయ నెట్‌వర్క్ ప్రస్తుత పరిశోధనలో గమనించిన వివిధ వ్యాధి-సంబంధిత మార్పులను ప్రతిబింబిస్తుంది, వీటిలో గ్లియల్-రిచ్ ఇన్‌ఫ్లమేటరీ మాడ్యూల్స్ పెరుగుదల మరియు న్యూరాన్-రిచ్ మాడ్యూల్స్ తగ్గుతాయి. ప్రస్తుత పరిశోధన వలె, ఈ పెద్ద-స్థాయి నెట్‌వర్క్ కూడా AsymADలో గణనీయమైన మాడ్యులర్ మార్పులను కలిగి ఉంది, ఇది వివిధ రకాల ప్రిలినికల్ పాథోఫిజియాలజీని చూపుతుంది (17).
ఏది ఏమైనప్పటికీ, ఈ అత్యంత సాంప్రదాయిక వ్యవస్థ-ఆధారిత ఫ్రేమ్‌వర్క్‌లో, మరింత సూక్ష్మమైన జీవసంబంధమైన వైవిధ్యత ఉంది, ముఖ్యంగా AD యొక్క ప్రారంభ దశల్లో వ్యక్తులలో. మా బయోమార్కర్ ప్యానెల్ AsymADలో రెండు ఉప సమూహాలను వర్ణించగలదు, ఇది బహుళ CSF మార్కర్‌ల యొక్క ముఖ్యమైన అవకలన వ్యక్తీకరణను ప్రదర్శిస్తుంది. కోర్ AD బయోమార్కర్ల స్థాయిలో స్పష్టంగా కనిపించని ఈ రెండు ఉప సమూహాల మధ్య జీవ వ్యత్యాసాలను మా బృందం హైలైట్ చేయగలిగింది. నియంత్రణ సమూహంతో పోలిస్తే, ఈ AsymAD వ్యక్తుల యొక్క Aβ1-42/మొత్తం టౌ నిష్పత్తులు అసాధారణంగా తక్కువగా ఉన్నాయి. ఏదేమైనా, రెండు AsymAD ఉప సమూహాల మధ్య మొత్తం టౌ స్థాయిలు మాత్రమే గణనీయంగా భిన్నంగా ఉన్నాయి, అయితే Aβ1-42 మరియు p-tau స్థాయిలు సాపేక్షంగా పోల్చదగినవి. అధిక CSF టౌ అనేది Aβ1-42 స్థాయిలు (7) కంటే అభిజ్ఞా లక్షణాలను బాగా అంచనా వేస్తుంది కాబట్టి, రెండు AsymAD కోహోర్ట్‌లు వ్యాధి పురోగతికి భిన్నమైన ప్రమాదాలను కలిగి ఉండవచ్చని మేము అనుమానిస్తున్నాము. మా AsymAD యొక్క పరిమిత నమూనా పరిమాణం మరియు రేఖాంశ డేటా లేకపోవడంతో, ఈ తీర్మానాలను నమ్మకంగా రూపొందించడానికి మరింత పరిశోధన అవసరం. అయినప్పటికీ, వ్యాధి యొక్క లక్షణరహిత దశలో వ్యక్తులను సమర్థవంతంగా స్తరీకరించే మన సామర్థ్యాన్ని సిస్టమ్-ఆధారిత CSF ప్యానెల్ మెరుగుపరుస్తుందని ఈ ఫలితాలు సూచిస్తున్నాయి.
మొత్తంమీద, మా పరిశోధనలు AD యొక్క వ్యాధికారకంలో బహుళ జీవ విధుల పాత్రకు మద్దతు ఇస్తున్నాయి. అయినప్పటికీ, క్రమబద్ధీకరించబడని శక్తి జీవక్రియ మా ఐదు ధృవీకరించబడిన లేబులింగ్ ప్యానెల్‌ల యొక్క ప్రముఖ థీమ్‌గా మారింది. హైపోక్సాంథైన్-గ్వానైన్ ఫాస్ఫోరిబోసిల్ట్రాన్స్‌ఫేరేస్ 1 (HPRT1) మరియు లాక్టేట్ డీహైడ్రోజినేస్ A (LDHA) వంటి జీవక్రియ ప్రోటీన్‌లు అత్యంత దృఢంగా ధృవీకరించబడిన సినాప్టిక్ బయోమార్కర్‌లు, AD CSF పెరుగుదల అత్యంత పునరుత్పాదక లింగమని సూచిస్తుంది. మా రక్త నాళాలు మరియు గ్లియల్ ప్యానెల్లు కూడా ఆక్సీకరణ పదార్ధాల జీవక్రియలో పాల్గొన్న అనేక గుర్తులను కలిగి ఉంటాయి. ఈ పరిశోధనలు న్యూరాన్ల యొక్క అధిక శక్తి డిమాండ్‌ను తీర్చడమే కాకుండా, ఆస్ట్రోసైట్‌లు మరియు ఇతర గ్లియల్ కణాల (17, 48) యొక్క అధిక శక్తి డిమాండ్‌ను తీర్చడానికి కూడా మొత్తం మెదడులో జీవక్రియ ప్రక్రియలు పోషించే కీలక పాత్రకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. మైటోకాన్డ్రియల్ డిజార్డర్స్, గ్లియల్-మెడియేటెడ్ ఇన్‌ఫ్లమేషన్ మరియు వాస్కులర్ డ్యామేజ్ (49)తో సహా AD యొక్క వ్యాధికారకంలో పాల్గొన్న అనేక కీలక ప్రక్రియల మధ్య రెడాక్స్ సంభావ్యతలో మార్పులు మరియు శక్తి మార్గాల అంతరాయం ప్రధాన లింక్ అని మా ఫలితాలు పెరుగుతున్న సాక్ష్యాలకు మద్దతు ఇస్తున్నాయి. అదనంగా, మెటబాలిక్ సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ బయోమార్కర్‌లు మా నియంత్రణ మరియు AD-వంటి AsymAD ఉప సమూహాల మధ్య పెద్ద సంఖ్యలో విభిన్నమైన రిచ్ ప్రోటీన్‌లను కలిగి ఉంటాయి, ఈ శక్తి మరియు రెడాక్స్ మార్గాల అంతరాయం వ్యాధి యొక్క ముందస్తు దశలో కీలకం కావచ్చని సూచిస్తున్నాయి.
మేము గమనించిన విభిన్న మెదడు మరియు సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ ప్యానెల్ పోకడలు కూడా ఆసక్తికరమైన జీవపరమైన చిక్కులను కలిగి ఉన్నాయి. న్యూరాన్లు అధికంగా ఉండే సినాప్సెస్ మరియు జీవక్రియలు AD మెదడులో తగ్గిన స్థాయిలను చూపుతాయి మరియు సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్‌లో సమృద్ధిని పెంచుతాయి. న్యూరాన్‌లు వాటి అనేక ప్రత్యేక సంకేతాలకు శక్తిని అందించడానికి సినాప్సెస్ వద్ద శక్తిని ఉత్పత్తి చేసే మైటోకాండ్రియాతో సమృద్ధిగా ఉన్నందున (50), ఈ రెండు న్యూరాన్ సమూహాల వ్యక్తీకరణ ప్రొఫైల్‌ల సారూప్యత అంచనా వేయబడింది. న్యూరాన్‌ల నష్టం మరియు దెబ్బతిన్న కణాల వెలికితీత ఈ మెదడు మరియు CSF ప్యానెల్ పోకడలను తరువాతి వ్యాధిలో వివరించగలదు, అయితే అవి మనం గమనించే ప్రారంభ ప్యానెల్ మార్పులను వివరించలేవు (13). ప్రారంభ లక్షణరహిత వ్యాధిలో ఈ ఫలితాలకు సాధ్యమయ్యే ఒక వివరణ అసాధారణమైన సినాప్టిక్ కత్తిరింపు. మౌస్ నమూనాలలో కొత్త సాక్ష్యం మైక్రోగ్లియా-మెడియేటెడ్ సినాప్టిక్ ఫాగోసైటోసిస్ ADలో అసాధారణంగా సక్రియం చేయబడవచ్చని మరియు మెదడులో ప్రారంభ సినాప్స్ నష్టానికి దారితీస్తుందని సూచిస్తున్నాయి (51). ఈ విస్మరించిన సినాప్టిక్ పదార్థం CSFలో పేరుకుపోవచ్చు, అందుకే న్యూరాన్ ప్యానెల్‌లో CSF పెరుగుదలను మేము గమనిస్తాము. రోగనిరోధక-మధ్యవర్తిత్వ సినాప్టిక్ కత్తిరింపు వ్యాధి ప్రక్రియ అంతటా మెదడు మరియు సెరెబ్రోస్పానియల్ ద్రవంలో మనం గమనించే గ్లియల్ ప్రోటీన్ల పెరుగుదలను కూడా పాక్షికంగా వివరించవచ్చు. సినాప్టిక్ కత్తిరింపుతో పాటు, ఎక్సోసైటిక్ మార్గంలో మొత్తం అసాధారణతలు న్యూరోనల్ మార్కర్ల యొక్క వివిధ మెదడు మరియు CSF వ్యక్తీకరణలకు కూడా దారితీయవచ్చు. AD మెదడు యొక్క పాథోజెనిసిస్‌లో ఎక్సోసోమ్‌ల కంటెంట్ మారిందని అనేక అధ్యయనాలు చూపించాయి (52). బాహ్య కణ మార్గం Aβ (53, 54) యొక్క విస్తరణలో కూడా పాల్గొంటుంది. ఎక్సోసోమల్ స్రావం యొక్క అణచివేత AD ట్రాన్స్‌జెనిక్ మౌస్ మోడల్‌లలో AD-లాంటి పాథాలజీని తగ్గించవచ్చని గమనించాలి (55).
అదే సమయంలో, వాస్కులర్ ప్యానెల్‌లోని ప్రోటీన్ AD మెదడులో మితమైన పెరుగుదలను చూపించింది, కానీ CSF లో గణనీయంగా తగ్గింది. రక్త-మెదడు అవరోధం (BBB) ​​పనిచేయకపోవడం ఈ ఫలితాలను పాక్షికంగా వివరించగలదు. అనేక స్వతంత్ర పోస్ట్‌మార్టం మానవ అధ్యయనాలు AD (56, 57)లో BBB విచ్ఛిన్నతను ప్రదర్శించాయి. ఈ అధ్యయనాలు మెదడు కేశనాళిక లీకేజ్ మరియు రక్తంలో సంక్రమించే ప్రోటీన్‌ల పెరివాస్కులర్ చేరడం వంటి ఎండోథెలియల్ కణాల యొక్క గట్టిగా మూసివున్న ఈ పొర చుట్టూ ఉన్న వివిధ అసాధారణ కార్యకలాపాలను నిర్ధారించాయి (57). ఇది మెదడులోని ఎలివేటెడ్ వాస్కులర్ ప్రొటీన్‌లకు సరళమైన వివరణను అందించగలదు, అయితే సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్‌లో ఇదే ప్రోటీన్‌ల క్షీణతను ఇది పూర్తిగా వివరించలేదు. ఒక అవకాశం ఏమిటంటే, పెరిగిన మంట మరియు ఆక్సీకరణ ఒత్తిడి సమస్యను పరిష్కరించడానికి కేంద్ర నాడీ వ్యవస్థ ఈ అణువులను చురుకుగా వేరుచేస్తుంది. ఈ ప్యానెల్‌లోని కొన్ని తీవ్రమైన CSF ప్రోటీన్‌లలో తగ్గింపు, ముఖ్యంగా లైపోప్రొటీన్ నియంత్రణలో పాలుపంచుకున్నవి, హానికరమైన ఇన్‌ఫ్లమేషన్‌ను నిరోధించడం మరియు రియాక్టివ్ ఆక్సిజన్ జాతుల న్యూరోప్రొటెక్టివ్ ప్రక్రియకు సంబంధించినవి. సర్క్యులేషన్‌లో ఆక్సీకరణ ఒత్తిడి స్థాయిలను తగ్గించడానికి బాధ్యత వహించే లిపోప్రొటీన్ బైండింగ్ ఎంజైమ్ అయిన Paroxonase 1 (PON1)కి ఇది వర్తిస్తుంది (58, 59). ఆల్ఫా-1-మైక్రోగ్లోబులిన్/బికునిన్ పూర్వగామి (AMBP) అనేది వాస్కులర్ సమూహం యొక్క మరొక గణనీయంగా తగ్గించబడిన మార్కర్. ఇది లిపిడ్ ట్రాన్స్పోర్టర్ బికునిన్ యొక్క పూర్వగామి, ఇది ఇన్ఫ్లమేషన్ అణిచివేత మరియు నాడీ సంబంధిత రక్షణలో కూడా పాల్గొంటుంది (60, 61).
వివిధ ఆసక్తికరమైన పరికల్పనలు ఉన్నప్పటికీ, జీవరసాయన వ్యాధి విధానాలను నేరుగా గుర్తించలేకపోవడం అనేది డిస్కవరీ-డ్రైవెన్ ప్రోటీమిక్స్ విశ్లేషణ యొక్క ప్రసిద్ధ పరిమితి. అందువల్ల, ఈ బయోమార్కర్ ప్యానెల్‌ల వెనుక ఉన్న మెకానిజమ్‌లను నమ్మకంగా నిర్వచించడానికి మరింత పరిశోధన అవసరం. MS-ఆధారిత క్లినికల్ విశ్లేషణ అభివృద్ధి వైపు వెళ్లడానికి, భవిష్యత్ దిశలో సెలెక్టివ్ లేదా సమాంతర ప్రతిచర్య పర్యవేక్షణ (62) వంటి పెద్ద-స్థాయి బయోమార్కర్ ధృవీకరణ కోసం లక్ష్య పరిమాణాత్మక పద్ధతులను ఉపయోగించడం కూడా అవసరం. ఇక్కడ వివరించిన అనేక CSF ప్రోటీన్ మార్పులను ధృవీకరించడానికి మేము ఇటీవల సమాంతర ప్రతిచర్య పర్యవేక్షణ (63)ని ఉపయోగించాము. అనేక ప్రాధాన్యత ప్యానెల్ లక్ష్యాలు YWHAZ, ALDOA మరియు SMOC1తో సహా గణనీయమైన ఖచ్చితత్వంతో లెక్కించబడ్డాయి, ఇవి వరుసగా మన సినాప్స్, మెటబాలిజం మరియు ఇన్‌ఫ్లమేషన్ ప్యానెల్‌లకు మ్యాప్ చేస్తాయి (63). ఇండిపెండెంట్ డేటా అక్విజిషన్ (DIA) మరియు ఇతర MS-ఆధారిత వ్యూహాలు కూడా లక్ష్య ధృవీకరణకు ఉపయోగపడతాయి. బడ్ మరియు ఇతరులు. (64) మా CSF డిస్కవరీ డేటా సెట్‌లో గుర్తించబడిన AD బయోమార్కర్లు మరియు స్వతంత్ర DIA-MS డేటా సెట్‌ల మధ్య ముఖ్యమైన అతివ్యాప్తి ఉందని ఇటీవల నిరూపించబడింది, ఇందులో మూడు వేర్వేరు యూరోపియన్ కోహోర్ట్‌ల నుండి దాదాపు 200 CSF నమూనాలు ఉంటాయి. ఈ ఇటీవలి అధ్యయనాలు విశ్వసనీయమైన MS-ఆధారిత గుర్తింపుగా మారడానికి మా ప్యానెల్‌ల సామర్థ్యాన్ని సమర్ధించాయి. కీలకమైన AD బయోమార్కర్ల మరింత అభివృద్ధికి సాంప్రదాయ యాంటీబాడీ మరియు ఆప్టామెర్-ఆధారిత గుర్తింపు కూడా ముఖ్యమైనది. CSF యొక్క తక్కువ సమృద్ధి కారణంగా, అధిక-నిర్గమాంశ MS పద్ధతులను ఉపయోగించి ఈ బయోమార్కర్లను గుర్తించడం చాలా కష్టం. NEFL మరియు NRGN అనేది తక్కువ-సమృద్ధి కలిగిన CSF బయోమార్కర్ల యొక్క రెండు ఉదాహరణలు, ఇవి మా సమగ్ర విశ్లేషణలో ప్యానెల్‌కు మ్యాప్ చేయబడ్డాయి, కానీ మా ఏకైక MS వ్యూహాన్ని ఉపయోగించి విశ్వసనీయంగా గుర్తించబడవు. PEA వంటి బహుళ ప్రతిరోధకాలపై ఆధారపడిన వ్యూహాలను లక్ష్యంగా చేసుకోవడం, ఈ గుర్తుల యొక్క వైద్యపరమైన పరివర్తనను ప్రోత్సహిస్తుంది.
మొత్తంమీద, ఈ అధ్యయనం విభిన్న వ్యవస్థల ఆధారంగా CSF AD బయోమార్కర్ల గుర్తింపు మరియు ధృవీకరణ కోసం ఒక ప్రత్యేకమైన ప్రోటీమిక్స్ విధానాన్ని అందిస్తుంది. అదనపు AD కోహోర్ట్‌లు మరియు MS ప్లాట్‌ఫారమ్‌లలో ఈ మార్కర్ ప్యానెల్‌లను ఆప్టిమైజ్ చేయడం వలన AD రిస్క్ స్ట్రాటిఫికేషన్ మరియు ట్రీట్‌మెంట్‌ను అభివృద్ధి చేయడం ఆశాజనకంగా ఉండవచ్చు. కాలక్రమేణా ఈ ప్యానెల్‌ల యొక్క రేఖాంశ స్థాయిని అంచనా వేసే అధ్యయనాలు ఏ మార్కర్‌ల కలయిక ప్రారంభ వ్యాధి ప్రమాదాన్ని మరియు వ్యాధి తీవ్రతలో మార్పులను ఉత్తమంగా వర్గీకరిస్తాయో గుర్తించడానికి కూడా కీలకం.
CSF ద్వారా కాపీ చేయబడిన 3 నమూనాలు మినహా, ఈ అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన అన్ని CSF నమూనాలు ఎమోరీ ADRC లేదా దగ్గరి సంబంధం ఉన్న పరిశోధనా సంస్థల ఆధ్వర్యంలో సేకరించబడ్డాయి. ఈ ప్రోటీమిక్స్ అధ్యయనాలలో మొత్తం నాలుగు సెట్ల ఎమోరీ CSF నమూనాలు ఉపయోగించబడ్డాయి. CSF కోహోర్ట్ 20 ఆరోగ్యకరమైన నియంత్రణలు మరియు 20 AD రోగుల నుండి నమూనాలను కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది. CSF కాపీ 1లో 32 ఆరోగ్యకరమైన నియంత్రణలు, 31 AsymAD వ్యక్తులు మరియు 33 AD వ్యక్తుల నుండి నమూనాలు ఉన్నాయి. CSF కాపీ 2లో 147 నియంత్రణలు మరియు 150 AD నమూనాలు ఉన్నాయి. బహుళ-వ్యాధుల CSF రెప్లికేషన్ 4 కోహోర్ట్‌లో 18 నియంత్రణలు, 17 AD, 19 ALS, 13 PD మరియు 11 FTD నమూనాలు ఉన్నాయి. ఎమోరీ యూనివర్శిటీ ఇన్‌స్టిట్యూషనల్ రివ్యూ బోర్డ్ ఆమోదించిన ఒప్పందం ప్రకారం, ఎమోరీ అధ్యయనంలో పాల్గొన్న వారందరూ సమాచార సమ్మతిని పొందారు. అల్జీమర్స్ సెంటర్‌ల కోసం 2014 నేషనల్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఏజింగ్ బెస్ట్ ప్రాక్టీస్ గైడ్‌లైన్స్ (https://alz.washington.edu/BiospecimenTaskForce.html) ప్రకారం, సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ కటి పంక్చర్ ద్వారా సేకరించబడింది మరియు నిల్వ చేయబడుతుంది. నియంత్రణ మరియు AsymAD మరియు AD రోగులు ఎమోరీ కాగ్నిటివ్ న్యూరాలజీ క్లినిక్ లేదా Goizueta ADRC వద్ద ప్రామాణిక అభిజ్ఞా అంచనాను పొందారు. ELISA Aβ1-42, మొత్తం tau మరియు p-tau విశ్లేషణ (65) కోసం INNO-BIA AlzBio3 Luminex ద్వారా వారి సెరెబ్రోస్పానియల్ ఫ్లూయిడ్ నమూనాలను పరీక్షించారు. స్థాపించబడిన AD బయోమార్కర్ కట్-ఆఫ్ ప్రమాణాల (66, 67) ఆధారంగా సబ్జెక్టుల నిర్ధారణ వర్గీకరణకు మద్దతు ఇవ్వడానికి ELISA విలువలు ఉపయోగించబడతాయి. ఇతర CSF నిర్ధారణల (FTD, ALS మరియు PD) కోసం ప్రాథమిక జనాభా మరియు విశ్లేషణ డేటా కూడా ఎమోరీ ADRC లేదా అనుబంధ పరిశోధనా సంస్థల నుండి పొందబడింది. ఈ ఎమోరీ CSF కేసుల సారాంశం కేసు మెటాడేటాను టేబుల్ S1Aలో కనుగొనవచ్చు. స్విస్ CSF రెప్లికేషన్ 3 కోహోర్ట్ యొక్క లక్షణాలు గతంలో ప్రచురించబడ్డాయి (45).
CSF నమూనాను కనుగొంది. CSF డేటా సెట్ యొక్క మా ఆవిష్కరణ యొక్క లోతును పెంచడానికి, ట్రిప్సినైజేషన్‌కు ముందు అధిక-సమృద్ధిగా ఉన్న ప్రోటీన్‌ల రోగనిరోధక వినియోగం జరిగింది. సంక్షిప్తంగా, 40 వ్యక్తిగత CSF నమూనాల నుండి 130 μl CSF మరియు సమానమైన వాల్యూమ్ (130 μl) హై సెలెక్ట్ టాప్14 సమృద్ధిగా ప్రోటీన్ క్షీణత రెసిన్ (థర్మో ఫిషర్ సైంటిఫిక్, A36372) ఒక స్పిన్ కాలమ్‌లో (థర్మో ఫిషర్ సైంటిఫిక్, A89868) గదిలో ఉంచబడింది. ఉష్ణోగ్రత ఇంక్యుబేట్). 15 నిమిషాలు స్పిన్నింగ్ చేసిన తర్వాత, నమూనాను 1000గ్రా వద్ద 2 నిమిషాల పాటు సెంట్రిఫ్యూజ్ చేయండి. 30 నిమిషాల పాటు 14,000g వద్ద సెంట్రిఫ్యూజ్ చేయడం ద్వారా ప్రసరించే నమూనాను కేంద్రీకరించడానికి 3K అల్ట్రాసెంట్రిఫ్యూగల్ ఫిల్టర్ పరికరం (మిల్లిపోర్, UFC500396) ఉపయోగించబడింది. ఫాస్ఫేట్ బఫర్డ్ సెలైన్‌తో అన్ని నమూనా వాల్యూమ్‌లను 75 μl వరకు పలుచన చేయండి. తయారీదారు ప్రోటోకాల్ (థర్మో ఫిషర్ సైంటిఫిక్) ప్రకారం బిసిన్‌కోనినిక్ యాసిడ్ (BCA) పద్ధతి ద్వారా ప్రోటీన్ సాంద్రతను అంచనా వేయబడింది. మొత్తం 40 నమూనాల నుండి రోగనిరోధక శక్తి తగ్గిన CSF (60 μl) లైసిల్ ఎండోపెప్టిడేస్ (LysC) మరియు ట్రిప్సిన్‌తో జీర్ణం చేయబడింది. సంక్షిప్తంగా, నమూనా తగ్గించబడింది మరియు 1.2 μl 0.5 M tris-2 (-కార్బాక్సీథైల్) -ఫాస్ఫైన్ మరియు 3 μl 0.8 M క్లోరోఅసెటమైడ్‌తో 90 ° C వద్ద 10 నిమిషాల పాటు ఆల్కైలేట్ చేయబడింది, ఆపై 15 నిమిషాల పాటు నీటి స్నానంలో సోనికేట్ చేయబడింది. నమూనా 193 μl 8 M యూరియా బఫర్ [8 M యూరియా మరియు 100 mM NaHPO4 (pH 8.5)]తో 6 M యూరియా తుది సాంద్రతకు కరిగించబడింది. LysC (4.5 μg; Wako) గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద రాత్రిపూట జీర్ణక్రియ కోసం ఉపయోగించబడుతుంది. నమూనా తర్వాత 50 mM అమ్మోనియం బైకార్బోనేట్ (ABC) (68)తో 1 M యూరియాకు కరిగించబడింది. ట్రిప్సిన్ (ప్రోమెగా) యొక్క సమాన మొత్తాన్ని (4.5 μg) జోడించండి, ఆపై నమూనాను 12 గంటల పాటు పొదిగించండి. జీర్ణమైన పెప్టైడ్ ద్రావణాన్ని 1% ఫార్మిక్ యాసిడ్ (FA) మరియు 0.1% ట్రైఫ్లోరోఅసెటిక్ యాసిడ్ (TFA) (66) యొక్క తుది సాంద్రతకు ఆమ్లీకరించండి, ఆపై పైన వివరించిన విధంగా 50 mg Sep-Pak C18 కాలమ్ (వాటర్స్)తో డీసాల్ట్ చేయండి (25) . పెప్టైడ్ 1 ml 50% అసిటోనిట్రైల్ (ACN)లో తొలగించబడింది. బ్యాచ్‌లలో (25) ప్రోటీన్ పరిమాణాన్ని ప్రామాణీకరించడానికి, మొత్తం 40 CSF నమూనాల నుండి 100 μl ఆల్కాట్‌లను కలిపి మిశ్రమ నమూనాను రూపొందించారు, తర్వాత దానిని ఐదు ప్రపంచ అంతర్గత ప్రమాణాలు (GIS) (48) నమూనాలుగా విభజించారు. అన్ని వ్యక్తిగత నమూనాలు మరియు మిశ్రమ ప్రమాణాలు హై-స్పీడ్ వాక్యూమ్ (Labconco) ద్వారా ఎండబెట్టబడతాయి.
CSF నమూనాను కాపీ చేస్తుంది. డేయోన్ మరియు సహచరులు గతంలో రోగనిరోధక క్షీణత మరియు CSF కాపీ 3 నమూనాల జీర్ణక్రియను వివరించారు (45, 46). మిగిలిన ప్రతిరూప నమూనాలు వ్యక్తిగతంగా రోగనిరోధక శక్తిని తగ్గించలేదు. మునుపు (17) వివరించిన విధంగా ట్రిప్సిన్‌లో ఈ తీసివేయబడని నమూనాలను డైజెస్ట్ చేయండి. ప్రతి పునరావృత విశ్లేషణ కోసం, ప్రతి నమూనా నుండి ఎల్యూటెడ్ పెప్టైడ్ యొక్క 120 μl ఆల్కాట్‌లు కలిసి పూల్ చేయబడ్డాయి మరియు TMT- లేబుల్ చేయబడిన గ్లోబల్ ఇంటర్నల్ స్టాండర్డ్ (48) వలె ఉపయోగించడానికి సమాన వాల్యూమ్ ఆల్కాట్‌లుగా విభజించబడ్డాయి. అన్ని వ్యక్తిగత నమూనాలు మరియు మిశ్రమ ప్రమాణాలు హై-స్పీడ్ వాక్యూమ్ (ల్యాబ్‌కోన్‌కో) ద్వారా ఎండబెట్టబడతాయి. ప్రతి నమూనా నుండి 125 μl కలపడం ద్వారా తక్కువ-సమృద్ధి కలిగిన CSF ప్రోటీన్ యొక్క సిగ్నల్‌ను మెరుగుపరచడానికి, ప్రతి ప్రతిరూప విశ్లేషణ కోసం ఒక “మెరుగైన” నమూనా తయారు చేయబడింది [అంటే, పరిశోధన నమూనాను అనుకరించే జీవ నమూనా, కానీ అందుబాటులో ఉన్న మొత్తం చాలా పెద్దది (37, 69)] మిశ్రమ CSF నమూనా (17)లో విలీనం చేయబడింది. మిశ్రమ నమూనా తర్వాత 12 ml హై సెలెక్ట్ టాప్14 అబండెన్స్ ప్రొటీన్ రిమూవల్ రెసిన్ (థర్మో ఫిషర్ సైంటిఫిక్, A36372) ఉపయోగించి రోగనిరోధక శక్తిని తొలగించబడింది, పైన వివరించిన విధంగా జీర్ణం చేయబడింది మరియు తదుపరి బహుళ TMT లేబులింగ్‌లో చేర్చబడింది.