title: Evaluation of the natural occurring autoantibody against α-Synuclein as a potential biomarker in Parkinson's disease
title: Evaluierung des natürlich vorkommenden Autoantikörpers gegen α-Synuclein als potentieller Biomarker für das idiopathische Parkinsonsyndrom
Creators: name: Wolf, Elias
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2012
Subjects: autoantibodies
Parkinsons disease
Parkinson-Krankheit
Autoantikörper
Biomarker
biomarker
Medizin, Gesundheit

description: Parkinson’s disease (PD) has a
      prevalence of 100-200/100000 and is one of the most common
      neurodegenerative diseases. It typically manifests with
      resting tremor, bradykinesia, rigidity and postural
      instability. The clinical symptoms correlate to specific
      histopathological alterations like the neuronal degeneration
      of dopaminergic neurons of Substantia nigra pars compacta and
      the appearance of intracytoplasmatic amyloidal inclusions,
      called Lewy bodies, in surviving cells. Lewy bodies primarily
      consist of fibrillated α-Synuclein, a neuronal presynaptic
      protein. The amyloid building property of α-Synuclein is
      thought to play an important role in the pathogenesis of PD
      and other synucleinopathies. There is mounting evidence that
      α-Synuclein oligomers, intermediate products of the mature
      fibrils of α-Synuclein, carry the actual cell toxic
      potential. Recently, the existence of naturally occurring
      polyclonal autoantibodies against α-Synuclein in serum of PD
      patients and healthy controls has been shown. They seem to
      take part in the metabolisation of α-Synuclein and display a
      neuroprotective effect in vitro. The clinical diagnosis of PD
      is challenged by the overlap of symptoms with other
      neurological diseases. Despite considerable scientific
      research, reliable biomarkers for the diagnosis of PD in
      common clinical practice are still missing. With upcoming
      neuroprotective therapies biomarkers are urgently needed,
      which correlate to the extent of neuronal degeneration. This
      study evaluated the natural occurring autoantibodies against
      α-Synuclein as potential biomarkers in PD. Therefore, an
      indirect ELISA was established and validated according to
      common clinical and laboratory standards in order to quantify
      the amount of the autoantibody in the human serum. Using
      affinity chromatography natural occurring autoantibodies were
      isolated from human intravenous immunoglobulin (IVIg)
      solutions. Binding specificity of purified IVIg
      autoantibodies was tested using Western-Blot, before they
      were applied in ELISA as standard and reference samples.
      Various blocking agents were tested for reducing unspecific
      binding of serum in the indirect ELISA. The established ELISA
      showed a specific decline in linearity-of-dilution
      experiments with an error rate less than 20%, an average
      spike-recovery of 91% and an intra- and inter-assay
      coefficient of variation of 3,7 and 8,8%, respectively.
      Patients with PD (n=63), with Alzheimer’s disease (AD) (n=43)
      and healthy controls (n=46) were recruited. Beside the age at
      study, duration and severity of disease (Hoehn and Yahr;
      UPDRS) was additionally assed in PD patients. In all cases
      levels of natural autoantobodies were measured. In several
      cases a previously published ELISA was used to additionally
      measure the amount of free α-Synuclein in serum. A
      statistical significant difference of the amount of
      autoantibodes was shown between healthy controls, patients
      with PD and patients with AD (p=0.005; Kruskal-Wallis test).
      Post-hoc multiple comparison of the groups with Dunn’s method
      revealed a significant difference between healthy controls
      vs. PD patients (p&lt;0.05), AD vs. PD patients (p&lt;0.05)
      und no difference between healthy controls vs. AD patients.
      No correlation was found between age at study, duration or
      severity of disease and the amount of free α-Synuclein with
      naturally occurring autoantibodies. Receiver Operating
      Characteristic (ROC) analysis was used to evaluate the
      diagnostic sensitivity and specificity of the assay. The area
      under the ROC curve (AUC: area under curve) was 0.662 (95%
      confidence interval: 0.561-0.763; p&lt;0.05) for PD patients
      vs. healthy controls 0.650 (95% confidence interval:
      0.545-0.754; p&lt;0.05) for PD vs. AD patients. The Youden
      index revealed for PD patients vs. healthy controls a
      sensitivity and specificity of 32% and 98% and for PD vs. AD
      patients a sensitivity and specificity of 30% and 95%. With a
      fixed sensitivity of 85% a specificity of 25% for both
      comparisons was reached. The amount of free α-Synuclein did
      not differ between groups. This study showed for the first
      time significantly reduced levels of the naturally occurring
      autoantibody against α-Synuclein in the serum of PD patients
      compared to healthy controls and patients with AD. The
      established assay showed a moderate accuracy as a diagnostic
      tool in properly differentiating diagnostic groups. Further
      studies are necessary to assess the value of naturally
      occurring autoantibodies against α-Synuclein as a reliable
      biomarker for PD.
description: Das idiopathische Parkinsonsyndrom
      (IPS) gehört mit einer Prävalenz von 100-200/100.000 zu den
      häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen. Das klinische
      Erscheinungsbild setzt sich aus Tremor, Rigor, Bradykinese
      und einer posturalen Haltungsinstabilität zusammen. Das
      histopathologische Korrelat der Symptome zeigt sich in der
      neuronalen Degeneration vor allem dopaminerger Neurone der
      Substantia nigra pars compacta. Zudem finden sich
      zytoplasmatische Amyloideinschlüsse, sogenannte
      Lewy-Körperchen, in den überlebenden Zellen. Die
      Lewy-Körperchen bestehen hauptsächlich aus fibrilliertem
      α-Synuclein, einem neuronalen Protein der Präsynapse. Der
      Amyloid-bildenden Eigenschaft des α-Synucleins wird eine
      zentrale Rolle in der Pathogenese des IPS zugesprochen. Es
      gibt zunehmend Hinweise, dass α-Synuclein Oligomere,
      Vorstufen der reifen α-Synuclein Fibrillen, das eigentliche
      zelltoxische Potential tragen. Kürzlich wurden im Serum von
      IPS-Patienten und gesunden Kontrollprobanden polyklonale
      Autoantikörper gegen α-Synuclein nachgewiesen. Sie könnten
      eine Rolle in der physiologischen Metabolisierung des
      Proteins spielen und besitzen in-vitro einen neuroprotektiven
      Effekt. Die Diagnostik des IPS wird durch das heterogene
      Erscheinungsbild und durch die überlappende Symptomatik mit
      anderen neurologischen Erkrankungen erschwert. Verlässliche
      diagnostische Biomarker stehen trotz umfangreicher Forschung
      für den praktisch-klinischen Einsatz bislang nicht zur
      Verfügung. Insbesondere vor dem Hintergrund aufkommender
      neuroprotektiver Medikamente sind Biomarker dringend nötig.
      Die vorliegende Arbeit befasste sich mit dem Potential der
      natürlichen Autoantikörper gegen α-Synuclein als
      diagnostischer Biomarker für das IPS. Hierzu wurde ein
      indirekter ELISA etabliert und nach gängigen laborchemischen
      Kriterien validiert, um die Verteilung des Autoantikörpers im
      humanen Serum quantitativ zu erfassen. Mittels
      Affinitätschromatographie wurde aus einem kommerziell
      erhältlichem Antikörperkonzentrat der natürliche
      Autoantikörper gegen α-Synuclein extrahiert. Im Western-Blot
      erfolgte die Prüfung der Bindungsspezifität, bevor er als
      Standard- und Referenzprobe im ELISA verwendet wurde. Diverse
      Blockierungsreagenzien wurden bezüglich ihrer Reduktion
      unspezifischer Hintergrundaktivität von humanem Serum im
      indirekten ELISA getestet. Der etablierte ELISA zeigte eine
      spezifische Abnahme in der Verdünnungslinearität mit einer
      Fehlerrate von unter 20%, eine 91%ige mittlere Spike-Recovery
      und eine Intra- und Inter-Assay Variation von 3,7 bzw. 8,8%.
      Patienten mit IPS (n=63), Alzheimer Demenz (AD) (n=43) und
      gesunden Kontrollprobanden (n=46) wurden für die Studie
      rekrutiert. Neben dem Alter der Probanden, wurde bei IPS
      Patienten zusätzlich die Krankheitsdauer und –schwere, nach
      Hoehn und Yahr und dem motorischen Anteil der UPDRS, erhoben.
      In allen Fällen wurde die Konzentration des natürlichen
      Autoantikörpers im Serum bestimmt. In einigen Fällen folgte
      zusätzlich die Bestimmung des freien α-Synucleins im Serum
      nach einem publizierten ELISA Protokoll. Es zeigte sich ein
      signifikanter Unterschied in der Konzentration des
      Autoantikörpers zwischen den gesunden Kontrollen, Patienten
      mit IPS und AD (p=0,005; Kruskal-Wallis-Test). In der
      post-hoc paarweisen Analyse der Gruppen mittels der
      Dunn’s-Test ergab sich ein Unterschied zwischen gesunden
      Kontrollen vs. IPS-Patienten (p&lt;0,05), AD- vs.
      IPS-Patienten (p&lt;0,05) und kein Unterschied zwischen
      gesunden Kontrollen vs. AD-Patienten. Eine Korrelation
      zwischen Alter, der Dauer oder Schwere des IPS, der
      α-Synucleinmenge und der Konzentration des natürlichen
      Autoantikörpers konnte nicht nachgewiesen werden. Mittels
      Receiver Operating Characteristic (ROC) Analyse wurde die
      diagnostische Sensitivität und Spezifität des Assays
      evaluiert. Die Fläche unterhalb der ROC Kurve ergab einen
      Wert von 0,662 (95% Konfidenzintervall: 0,561-0,763;
      p&lt;0.05) für IPS-Patienten vs. gesunde Kontrollen und einen
      Wert von 0,650 (95% Konfidenzintervall: 0,545-0,754;
      p&lt;0.05) für IPS vs. AD-Patienten. Nach Bestimmung des
      Youden-Index zeigte sich für IPS-Patienten vs. gesunden
      Kontrollen bzw. IPS- vs. AD-Patienten eine Sensitivität und
      Spezifität von 32% und 98% bzw. von 30% und 95%. Unter
      Festlegung einer klinisch relevanten Sensitivität von
      mindestens 85% wurde eine Spezifität für beide
      Vergleichsgruppen von 25% erreicht. Hinsichtlich des
      α-Synucleingehalts im Serum unterschieden sich die Gruppen
      nicht. In der Arbeit konnte zum ersten Mal nachgewiesen
      werden, dass der natürliche Autoantikörper gegen α-Synuclein
      im Serum bei IPS-Patienten in geringerer Konzentration
      vorliegt als bei gesunden Kontrollen und AD-Patienten. Der
      etablierte Assay erreicht als diagnostischer Test eine mäßig
      ausgeprägte Genauigkeit in der Differenzierung der
      diagnostischen Gruppen. Weitere differenzierte Untersuchungen
      sind daher nötig, um die Wertigkeit der natürlichen
      Autoantikörper gegen α-Synuclein als potentieller Biomarker
      für das IPS abschließend zu prüfen.