title: Search for a DNA methylation based biomarker for early diagnosis of late-onset Alzheimer's disease
Creators: name: Scheichel, Alexandra
Publisher: name: :none
Year: 2016

description: Alzheimer ist eine komplexe Erkrankung und die häufigste neurodegenerative Krankheit. Sie führt unweigerlich zu einem langfristigen Pflegebedarf und letztendlich zum Tod. Die Diagnose von Alzheimer ist eine der größten Herausforderungen für die Wissenschaft, da momentan eine eindeutige Diagnose nur durch eine Obduktion des Gehirns gestellt werden kann. Die Entwicklung von Biomarkern für Alzheimer, vor allem für die häufigste Form - LOAD (Late-onset Alzheimer’s disease) – ist von entscheidender Bedeutung. Biomarker sind nicht nur bedeutsam für eine frühe Diagnose, sondern sie liefern auch Informationen über die Prozesse und Mechanismen, die der Krankheit zu Grunde liegen. Obwohl sich die Forschung seit einiger Zeit mit der Suche nach Biomarkern beschäftigt, sind noch keine akkuraten Biomarker für LOAD verfügbar. Frühere Untersuchungen zeigten vielversprechende aber auch widersprüchliche Ergebnisse in Bezug auf Unterschiede in dem DNA Methylierungsgrad zwischen Alzheimer Patienten und Kontrollen. Die Unstimmigkeit zwischen verschiedenen Studien könnte in der Anwendung unterschiedlicher Methoden, der Komplexität biologischer Proben oder der Analyse von unterschiedlichen Probentypen (Hirngewebe vs. Blut DNA) begründet liegen. Das Ziel dieser Arbeit war die Suche nach Unterschieden im Methylierungsgrad zwischen einer Alzheimer- und einer Kontrollgruppe, um einen potentiellen Biomarker zur frühen Diagnose von Alzheimer zu finden. Die Bestimmung des Methylierungsgrades erfolgte in gepoolten DNA Extrakten aus Blut von Alzheimerpatienten beziehungsweise einer Kontrollgruppe. Der Methylierungsgrad der Gene PSEN1, ABCA7, ABCB1 und ABCC1 wurde mittels Pyrosequenzierung bestimmt. LINE-1 wurde mittels methylierungs-sensitiver hochauflösender Schmelzkurvenanalyse untersucht. Bei beiden Methoden wird Bisulfit-konvertierte DNA eingesetzt. Neue Pyrosequenziermethoden für PSEN1 und ABCA7 wurden im Rahmen dieser Arbeit entwickelt. Trotz hoher Variabilität der Methylierungsgrad in der Promotor-Region von PSEN1, konnte ein signifikanter Unterschied an einem CpG (CpG1) festgestellt werden. Der Methylierungsgrad in Alzheimer Proben war geringfügig höher als der Methylierungsgrad in der Kontrollgruppe. Für ABCB1 und ABCC1 wurden Methylierungsgrade unterhalb der Bestimmungsgrenze ermittelt. Im Gegensatz dazu war der Methylierungsgrad der untersuchten CpGs der Promotor-Region und einer nicht-kodierenden Region in ABCA7 großteils über der oberen Bestimmungsgrenze. Die Analyse von CpGs im 3‘ untranslatierten Bereich in ABCA7 zeigte in beiden Gruppen hohe Methylierungsgrade und eine hohe Variabilität zwischen einzelnen CpGs. Es konnte jedoch kein signifikanter Unterschied im Methylierungsgrad von ABCA7 festgestellt werden.
description: Alzheimer’s disease (AD) is complex and the most common neurodegenerative disorder. AD inevitably leads to need for long-term care and death. Diagnosis of AD is one of the major problems scientists are currently struggling with because the only way to ensure that a patient suffered from AD is to investigate its brain post mortem. The establishment of accurate biomarkers especially for the most common form of AD, late-onset AD (LOAD), is important not only because of early diagnosis, but also because of gaining information about the processes and mechanisms of the disease. Even though research aimed at finding biomarkers, currently no accurate biomarkers are available for LOAD. Previous investigations showed promising but also contradictory results regarding differences in methylation status between AD and control patients. The discrepancies between findings could be a result of methodological differences, the complexity of the analysis of human samples or the analysis of different types of samples (brain tissue vs. blood DNA). The aim of this study was to look for differences in DNA methylation between AD patients and a control group to find potential biomarkers for correct and early diagnosis of LOAD. The DNA methylation status of various regions of the genome was determined in whole blood by pyrosequencing and methylation-sensitive high resolution melting analysis. In both methodologies, bisulfite converted DNA is used. The methylation status of PSEN1, ABCA7, ABCB1 and ABCC1 was determined by PSQ, the methods for PSEN1 and ABCA7 were developed as part of this thesis. Inspite high variability of methylation levels determined for PSEN1, a significant difference was found for one CpG (CpG1) between AD patients and controls. In pooled blood DNA extracts from AD patients, CpG1 was higher methylated than in pooled blood DNA extracts from controls. In both groups, the methylation levels of ABCB1 and ABCC1 were generally below the limit of quantification. In contrast, methylation levels of CpGs in the promoter and in a non-coding region of ABCA7 were mainly above the upper limit of quantification in AD patients and controls. In both groups, investigated CpGs close to the 3’ untranslated region of ABCA7 showed high DNA methylation levels of pooled blood DNA extracts and a high variability within individual CpGs. No differences between the DNA methylation status of pooled blood DNA extracts from AD patients and controls could be detected. Additionally, LINE-1 methylation levels were determined to obtain information about the global DNA methylation status. LINE-1 methylation levels were significantly higher in extracts from AD patients compared to the control group.