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Intérêt des Biomarqueurs dans les maladies neurodégénératives
Dr A.GabelleDr S. Roche
Service de Neurologie / BiochimieCHU Gui de chauliac / St Eloi Montpellier
Plateforme deProtéomiqueClinique
Biomarqueurs
• Marqueurs – biologiques :
• LCR• Sang• urine
– D’ Imagerie : • Morphologique (volumétrie hippocampique…)• Fonctionnelle (PETscan, PIB, 18F FDDNP…)
– D’une lésion neuropathologique (ex: tau, A…)
– D’un processus physiopathologique (ex: 14-3-3)
Intérêts des biomarqueurs
• Intérêt pour 1 diagnostic positif
• Intérêt pour 1 diagnostic précoce
• Intérêt pour diagnostics différentiels
• Intérêt pour analyse des études pharmacologiques & thérapeutiques
• Recherche : déterminer de nx mécanismes physiopathologiques (études protéomiques…)
• Notre expérience
Intérêts des biomarqueurs
• Intérêt pour 1 diagnostic positif
• Intérêt pour 1 diagnostic précoce
• Intérêt pour diagnostics différentiels
• Intérêt pour analyse des études pharmacologiques & thérapeutiques
• Recherche : déterminer de nx mécanismes physiopathologiques (études protéomiques…)
• Notre expérience
Intérêt dg : maladie d’Alzheimer
• Démence d’évolution lente
• 14,2% des personnes de plus de 75 ans sont atteint de démence
• 600 000 MA / 750 000 déments en France
• 130 000 nouveaux cas par an
• MA et démences = Problème majeur de santé publique
• Diagnostic est non fait dans 50% des cas avec de la prévalence et de incidence avec l’âge
Prévalence âge
Probability Not Demented
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1
50 60 70 80 90 100
Age
Pro
po
rtio
n o
f p
op
ula
tio
n
Probabilitéd’être indemnede démence
Généralités sur la maladie d’Alzheimer
• Efficacité symptomatique des traitements AC Inhibiteurs
• Développement des nouvelles stratégies (vaccins, -sécrétase, -
sécrétase)
Examen clinique Bilan biologique
NeuroimageriePlainte du patient
Testsneuropsychologiques
Diagnostic
• Critères diagnostiques surtout dépendants de critères d’exclusion
• Même si progrès de nombreux doutes diagnostiques subsistent
• Importance du Dg précoce et efficient
Intérêt dg : maladie d’Alzheimer
Neuropathologie
Bases physiopathologiques des biomarqueurs dans la MA
• La physiopathologie MA repose sur
– un déséquilibre de la production et de la clearance du peptide β amyloïde, surtout Aβ1-42, qui s’agrège sous forme de plaques séniles corticales
– un dépôt de Tau qui s’agrège sous forme de DNF dans le neurone
Les protéines Tau et pTau
• Accumulation pTau sous forme de fibrilles
• Perturbation de fonctionnement de l’axone
• Mort neuronale
Kinase
Phosphatase
Microtubules• Phosphorylation
de Tau• Dépolymérisation
des microtubules
Biomarqueurs de la MA
Peptides Aet Protéines Tau
totale et Phosphorylées (P-
Tau)
A42
A40
Rationalité d’utilisation du LCR
• 150 ml de LCR est en contact direct avec l’espace EC cérébral• Modif biochimiques = reflet des processus pathologiques
CSF Biomarqueurs
• Mesure objective• Précise, quantifiable• Reproductible• Robuste• Peu de biais• Physiopathologie• …
• Coût et temps • Prélèvements… • Erreur de mesure• Norme• Statistique• Ethique• …
Avantages/ Intérêts
Inconvénients/Contraintes
Diagnostic positif de MA : profil et méta-analyse
• Abeta : MA vs C– 600 MA– 450 Contrôles– 13 études
• T-tau : MA vs C– 2500 MA– 1400 C– 36 études
• P-tau : MA vs C– 800 MA– 370 C– 11 études
• Conclusion
SPEC SENS
86 % 90%
81% 90%
80% 92%
85-94% 83-100%
Blennow, 2003
Profil de la MA↓ A
↑ t-tau ↑p-tau (231)
Intérêts des biomarqueurs
• Intérêt pour un diagnostic positif
• Intérêt pour un diagnostic précoce
• Intérêt pour diagnostics différentiels• Recherche : déterminer de nx mécanismes
physiopathologiques (études protéomiques…)
• Notre expérience
MALADIE D ’ALZHEIMER
SIGNES (Déficit cognitif)
DEPENDANCE
SYMPTOMES
LESIONS CEREBRALES
PHASE PRE-DEMENTIELLE DEMENCE
Plainte
mnésique
« MCI »
Troubles
Cognitifs
modérés
Maladie d’Alzheimer au stade pré-démentiel
Normal Syndrome
démentiel
L’incidence MA chez MCI avec CSF pathologique (n=67) = 27% /anSi CSF normal (n=67) = taux conversion 1% / an
Prédiction des biomarqueurs du LCR pour le diagnostic de la maladie d’Alzheimer au stade prédémentiel
Hansson 2006
CSF Biomarqueurs et prodromal MA
Hansson, 2006
Cohorte de 180 MCI (137 CSF) + forte association entre taux pathologiques de CSF BM ↓Abéta 1- 42 ; ↑t-tau; ↑p-tau et conversion MCI-MA que pour FDR :âge; sexe, NSC,génotype APOE; homocystéine plasmatique
Combinaison Tau totale, ratio A42/P-tau181 Se 95%, Sp 87% pour détecter état prédémentiel
Brys, blennow; 2007
Taux pathologiques de >ou=2 CSF BM prédisent conversion MCI-MA et identifie les formes stables de MCI. Surtout A et Ptau Parnetti, 2006. Herruka 2005
Etude sur 86 sujets MCI n= 22 MCI-AD; 43 MCI-MCI; et 21 contrôles suivi 2ansMCI-AD taux élevé de P-tau231, T-tau, IP, et ratios P-tau231/A 42/40 et T-tau/A42/40 et Taux faible de A42/A40 par rapport aux MCI-MCI et contrôles
Intérêt du P-tau231 (taux de prédiction 80%, p<0.001) comme marqueur de déclin MCI-MA puis P-tau(231)/A42/40 et ratio T-tau/A42/40Intérêt du dosage de isoprostane en longitudinal?
Plasma A et MCI/MA
• N = 1756 sujets Rotterdam study suivis 8,6 ans, combinaison de Aβ1-40 et Aβ1-42 : taux élevé d’Aβ1-40 ; taux faible d’Aβ1-42
• augmente le risque de MA d’un facteur 10• A1-42 / A1-40 plasmatique bas • A1-42 diminuerait juste avant les signes de MA
• risque RR 3.1 d’évolution vers MA ds groupe A42/A40 plus faible
• Analyse conjointe de A1-40, An-40, A1-42 et Abn-42 avec nouvelle technique multiplex immunoassay .
• 2 cohortes indépendantes : • MCI (n=117) suivi 4-7 ans 41% de taux de conversion • Et MCI (n=110) suivi 2-4 ans 14% de conversion
• Aucune isoforme d’A ne différencie les converteurs des non converteurs
• Pas de corrélation entre taux d’ A1-42 dans CSF et plasma• CSF BM sont + prédictifs que BM plasmatiques
Hansson 2008
Van Oijen 2006
Intérêts des biomarqueurs
• Intérêt pour un diagnostic positif
• Intérêt pour un diagnostic précoce
• Intérêt pour diagnostics différentiels
• Intérêt pour analyse des études pharmacologiques & thérapeutiques
• Recherche : déterminer de nouveaux mécanismes physiopathologiques (études protéomiques…)
Dr Blennow,Clinical Laboratory International, Oct.2001: 8-10
Diagnostics différentiels
Pathologie Tau total Tau -181P A1-42
Sénescence normal Normal Normal normal
Mal. Alzheimer
Dépression Normal Normal Normal
Mal. Parkinson Normal Normal Normal
Démence alcoolique Normal Normal Normal
Démence fronto-temporale
Normal ou faible Normal ou faible Normal ou faible
Dem. Corps Lewy Normal ou faible Normal Faiblement
Mal. Creutzfeldt-Jakob
Normal ou
Acc.Vascul.Cérébral transitoire Normal Normal
Dem. Vasculaire Données divergentes Normal Normal ou
P-tau 181 pour ≠ MA DCLBlennow, 2006
Intérêts des biomarqueurs
• Intérêt pour un diagnostic positif
• Intérêt pour un diagnostic précoce
• Intérêt pour diagnostics différentiels
• Recherche : déterminer de nouveaux mécanismes physiopathologiques (études protéomiques…)
• Notre expérience
Autres protéines dans LCR
• Association aN prostaglandine-d-synthétase (PDS) et de transthyrétine (TTR) formant un complexe protéique dosable dans le LCR par WB et ELISA
• Dans LCR in vivo : Complexe PDS/TTR 6 x plus élevés chez MA que témoins ; SE 100% et SP 93%
• Approche protéomique sur 60 LCR normal, MCI et MA• Taux plus faibles chez MCI et très faibles voire absents chez MA • corrélation durée ou sévérité de la maladie
• Intérêt taux RBP et haptoglobin precursor allele 1 dans CSF comme marqueur de l’évolution normal vers MCI et vers MA
Lovell, Neurology 2008Jung SM Neurosci Lett. 2008
Autres BM dans LCR
Détermination d’un profil de protéine sur 259 patients
Screening de 120 protéines
de signaling
18 sélectionnées
Rôle dans la dysrégulation de
l’hématopoièse, de la réponse
immunitaire, de l’apoptose et du
maintient neuronal chez les
patients MCI qui évoluent
vers une MA
Nouveaux Biomarqueurs
L’analyse clinique protéomique du LCR représente un outil majeur dans la découverte de biomarqueurs dans le champ des affections neurologiques.
Intérêts des biomarqueurs
• Intérêt pour un diagnostic positif
• Intérêt pour un diagnostic précoce
• Intérêt pour diagnostics différentiels
• Intérêt pour analyse des études pharmacologiques & thérapeutiques
• Notre expérience
• Marqueurs biologiques de la maladie d’Alzheimer
• Marqueurs biologiques de la maladie de Creutzfeld Jakob
• Biobanque en Neurologie et Recherche en Protéomique Clinique
Fédération de NeurologieCarcassonne –13 et 14 Juin 2008
Préanalytique : Prélèvement et Transport
• Le prélèvement se fait directement dans des tubes spécifiques en polypropylène uniquement
• Acheminement immédiatement à 4°C (sur glace) vers la Biochimie St Eloi, CHU Montpellier
• Traitement une fois par mois (selon volume)
• Conservation à -80°C….
Dosages et Rendu du Résultat
ELISA peptide A1-42, protéine TAU & protéine phosphoTAU
Patient A1-42
pg/ml
TAU
pg/ml
pTAU
pg/ml
110 387 158 26
112 630 425 42
113 320 213 27
114 204 899 76
115 315 260 32
116 529 187 16
117 194 483 58
SeuilsA1-42 > 500 pg/ml
Tau < 300 pg/ml
450 pg/ml
500 pg/ml
(21 – 50 ans)
(51 – 70 ans)
(> 71 ans)
pTau < 60 pg/ml
Dosages dans le LCR (ELISA - Innogenetics®)
Alzheimer vs Autres Démences
Sensibilité Spécificité Courbe de ROC
Ab42 (<400 pg/ml) 43,5 % 63,3 % 0,560
Tau (>300 pg/ml) 73,9 % 56,7 % 0,740
P-Tau (>60 pg/ml) 69,6 % 90,0 % 0,776
IATI (<1) 82,6 % 53,3 % 0,767
Nos résultats Diagnostics
Neurology 1999;52:1555-1562
1.18[Tau] 240
AIATI
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 50 100 150 200
pTau (pg/mL)
ATI
pTau = 60
AT I = 1
Combinaison Tau, Aß42 et P-Tau(181P)
0 20 40 60 80 100
100-Specificity
100
80
60
40
20
0
Sen
siti
vity
Comparaison des courbes de ROC
A
Tau
P-Tau
IATI
• Marqueurs biologiques de la maladie d’Alzheimer
• Marqueurs biologiques de la maladie de Creutzfeld Jakob
• Biobanque en Neurologie et Recherche en Protéomique Clinique
Fédération de NeurologieCarcassonne –13 et 14 Juin 2008
La biologie des Maladies à Prions
PrPC PrPC PrPC PrPC Situation physiologique
PrPC PrPC PrPCSc
Sc Sc
Sc Sc
Début de l’infection
Processus de conversion et d’agrégation
PrPCSc
Conformation/structure protéique native normale
Conformation/structure protéique pathologique, infectieuse et agrégeant
•L’accumulation de protéine PrPSc induit la mort neuronale.
•Une libération de protéine 14-3-3.•Une libération de protéine Tau.
Les interférences et les faux positifs
• AVC ischémique/hémorragique, Hémorragie méningée
• Etat de mal• Encéphalite (Hashimoto,
infectieuses, toxique, métabolique..) • Néoplasie (myélome..), para-
néoplasie
• Protéinorachie élevée• Ponction traumatique et/ou
hémorragique
Méthode de dosage et rendu du résultat
1 – Contrôle positif
2 – Contrôle douteux
3 & 4 – Echantillon positif
5 – Echantillon négatif
191976451
39
28
14
14-3-3
1 2 3 4 5
79%
7%1%
12%
0%
25%
50%
75%
100%
Négat
if
Non ré
alisa
ble
Doute
ux
Positif
Une aide au diagnostic
• La recherche de 14-3-3 dans les formes sporadiques à une sensibilité de 90% et une spécificité de 95%.
• Le diagnostic de certitude est fait post-mortem par autopsie et analyse histologique du cerveau
• Marqueurs biologiques de la maladie d’Alzheimer
• Marqueurs biologiques de la maladie de Creutzfeld Jakob
• Biobanque en Neurologie et Recherche en Protéomique Clinique
Fédération de NeurologieCarcassonne –13 et 14 Juin 2008
Traçabilité complète des prélèvements
Validée par CPP, déclaration à l’AFSSAPS
à ce jour >210 prélèvements,
150 avec confirmation diagnostique et résultats des marqueurs
Biobanque Neurologie/CHU Montpellier
SLA 15
SEP 18
Psy. 6 MA 34
Hydroceph. 14
MCL 4
Dem. Vascul. 11
DFT 8
Parkinson 9
Autres 20
Témoin 11
128
64
32
16
4 5 6 7 8 9pI
MW
ProteinChip®(SELDI-TOF-MS)
Perspective: recherche protéomique
5000 7500 10000 12500
5000 7500 10000 12500
Weak cation exchange pH 4.5 wash
HPLC Dionex U3000 - Année 2008
2 IPG Phor – 6 gels 13x16cm
Western Blot Grade Clinique
SELDI-TOF, renouvellement en cours
Préanalytique : Prélèvement et Transport
• Le prélèvement se fait directement dans des tubes spécifiques en polypropylène uniquement
• Acheminement immédiatement à 4°C (sur glace) vers la Biochimie St Eloi, CHU Montpellier
• Traitement une fois par mois (selon volume)
• Conservation à -80°C….
Création d’une biobanque LCR
• 1ers résultats sur les 167 patients atteints d’affections neurologiques
• Diagnostics validés par 2 experts en cognition • 18 MA probable dg basé sur les critères du
NINCDS/ADRDA• 46 démences non MA• Dosage A, Tau totale et PhosphoTau(181)•
ABetaTauPhosTauIATI
0 20 40 60 80 100
100-Specificity
100
80
60
40
20
0
Sen
siti
vity
0 20 40 60 80 100
100-Specificity
100
80
60
40
20
0
Sen
siti
vity
Comparaison des
Courbes de ROC
MA vs démences
ABeta
PhosTau
IATI
Tau
ABetaTauPhosTauIATI
0 20 40 60 80 100
100-Specificity
100
80
60
40
20
0
Sen
siti
vity ABeta
PhosTau
IATITau
Comparaison des
Courbes de ROC
MA vs autres
diagnostics
0 20 40 60 80 100
100-Specificity
100
80
60
40
20
0
Sen
siti
vity
Comparaison des courbes de ROC
A
Tau
P-Tau
IATI
A
1-4
2 (p
g/m
l)
0
500
1000
1500
2000
0 500 1000 1500
Tau (pg/mL)
A 1-42 = 240 + 1.18 Tau
AT I =
A 1-42 / (240 + 1.18 Tau) < 1
“A–Tau index” ou
AT I > 1
Index A–Tau (IATI)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 50 100 150 200
pTau (pg/mL)
ATI
pTau = 60
AT I = 1
Combinaison Tau, Aß42 et P-Tau(181P)
Dosages dans le LCR (ELISA - Innogenetics®)
Alzheimer vs Autres Démences
Sensibilité Spécificité Courbe de ROC
Ab42 (<400 pg/ml) 43,5 % 63,3 % 0,560
Tau (>300 pg/ml) 73,9 % 56,7 % 0,740
P-Tau (>60 pg/ml) 69,6 % 90,0 % 0,776
IATI (<1) 82,6 % 53,3 % 0,767
Nos résultats Diagnostics
Neurology 1999;52:1555-1562
1.18[Tau] 240
AIATI
• Es ce qu’on parle de AOI en SELDI?
• On fera de la pub pour les marqueurs en routine?
• Et pour 14-3-3?
Nbre de patients traités et % de patients traités / patients prévalents
33%31%
32%
36%
0
5 000
10 000
15 000
20 000
25 000
30 000N
b. d
e p
ati
en
ts t
rait
és
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
% d
e p
ati
en
ts t
rait
és / p
ati
en
ts p
révale
nts
estimation du nombre de patients traités
% des patients traités/patients prévalents
Moyenne France : 28 %
source : GERS Déc 2003 & INSEE / PAQUID
Validation neuropathologique des biomarqueurs du LCR
N = 27 cas MA,
Dosage AAββ42, , Tau totale et P-Tau181 Se diagnostique = 99% ; Sp = 95% (par rapport aux témoins)
AJ Simon EU P2-165
N = 100 cas démences, Dg bio de MA posé dans 82,7% des cas confirmés anatomiquement. Les BM classent correctement 4/6 cas de MA avec présentation atypique
S Engelborghs, Anvers, 06
Analyse ELISA plasma A40 et A42– Suivi 2 à 12 ans (médiane 3,7ans) pour voir si développement
MCI ou MA– Cohorte de sujets âgés (n= 563) âge moyen 78 ans 62%
femmes
– Au cours du suivi 53 sujets développent MCI ou AD
– Ratio A 42/A40 est plus faible chez groupe avec plus fort risque d’évolution vers une MA RR 3.1
– Après ajustement âge, APOE, les patients avec ratio + faible ont un risque de déclin + élevé (p = 0.02).
– Intérêt du ratio comme marqueur prémorbide du MCI et MA
Graff-Radford NR Arch Neurol. 2007
Association entre faible ratio plasmatique A42/A40 et augmentation du risque chez personnes âgées de développer MCI et MA
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