Biomarcadores en enfermedades neurológicas

Cecilia Jimenez-Mallebrera

Unidad de Patología Neuromuscular

Servicio de Neurologia. IR-SJD. HSJD

Biomarcador: Característica que puede medirse objetivamente y que refleja cambios durante un proceso fisiológico o patológico o como respuesta a un tratamiento .

Biomarcadores en Enfermedades Neurológicas

Biomarker definition working group 2001; BEST guidelines 2016, NIH.

BIOMARCADOR

Diagnóstico Pronóstico Predictivo Farmacodinámico

Riesgo/ susceptibilidad

Confirmar enfermedad/subtipo

Informar progresión/recurrencia

Informar respuesta tratamiento/intervención

Monitorizar respuesta tratamiento/.

Ensayos clínicos

Identificar pacientes con una enfermedad (enf. raras, genética) Mejorar manejo clínico/atención paciente

Mejorar coste-eficiencia ensayos clínicos e informar implementación tratamientos

Informar riesgo indiv. sano desarrollar enfermedad

Características de un buen biomarcador.

• Sensible: capaz de identificar correctamente a los pacientes.

• Específico: capaz de identificar correctamente a los individuos sin esa enfermedad.

• Relevante para la enfermedad: asociado a la patología de la enfermedad.

• Que pueda medirse en muestras de fácil acceso: en muestras de sangre, orina.

• Estable: que su concentración no varíe mucho según hora del día, ayuno, temperatura etc..

• Que se pueda medir de forma reproducible : comparación entre distintos centros.

¿Cómo saber si es un buen biomarcador/es?

• Sensibilidad: la % de pacientes con la enfermedad positivos para el biomarcador.

• Especificidad: la % de personas sin la enfermedad negativos para el biomarcador.

• Valor predictivo positivo (PPV) : la % de los individuos que son positivos para el biomarcador que tienen la enfermedad.

• Valor predictivo negativo (NPV): la % de individous que son negativos para el biomarcador que no tienen la enfermedad.

Análísis del rendimiento de un biomarcador: curvas ROC (receiver operating curve)

GDF-15 AUC= 0.829

FGF-21 AUC= 0.79

Mathematical calculation: Threshold Value of min. Distance to the ideal Point (sensitivity 100%/specificity 100%)

Sensitivity Specificity

GDF-15 (382.5pg/mL)

80% 76%

FGF-21 (77.5 pg/mL)

78.3%% 72%

¿ Como identificar y validar un biomarcador?

• Candidato/s: validar en un grupo de pacientes.

• Estudio de un grupo de pacientes (proteómica, metabolómica): identificar candidatos: validar.

Nuestra experiencia en biomarcadores:

¿Que puede utilizarse como biomarcador?

• Proteínas/metabolitos/vitaminas: GDF-15, aminoacidos (e.g. serina), folato, Vitamina B6, tiamina.

• Ácidos nucleicos/mutaciones: mutaciones, polimorfismos en genes, ARN no codificantes (miRNAs, lnRNA).

• Hallázgos de pruebas de imágen: resonancia magnética (muscular, cerebral, cardiaca), espectroscopia (MRS).

miRNAs como biomarcadores de enfermedades neurologicas

RNA no codificante

rRNA, tRNA, snRNA snoRNA lncRNA

siRNA, miRNA, piRNA

¿Qué son los miRNAs?

miRNAs como biomarcadores y dianas terapeuticas

Revista Eubacteria, Nov. 2013, Nº 32

Revista Eubacteria, Nov. 2013, Nº 32

¿Por que estudiar miRNAs?

• Para entender la regulación de procesos fisiológicos y patólogicos.

• Representan biomarcadores no invasivos.

• Base para futuras terapias basadas en ARN (RNA therapeutics).

Análisis Bioinformático

“ Cell cyle, skeletal and muscular system development”

Min-fiber diam

%MHCn

%MHCe

skm miR-30c

serum miR-30c

serum miR-181a

serum Adipo- nectin

% fibrosis

%Pax7+

serum Leptin

R= 0.7 (p=0.04)

R= - 0.8 (p=0.02)

R= -0.9 (p=0.002)

R= 0.8 (p=0.02)

R= -0.7 (p=0.04)

Cytoscape

Regeneración

Fibrosis

miR30c y miR181a son relevantes para la patología neuromuscular

La distrofia muscular de Duchenne es la distrofia muscular más frecuente en la infancia

La Distrofia Muscular de Duchenne (DMD) afecta a 1 de cada 5000 varones

La Distrofia Muscular de Becker (DMB) afecta entre 1:14.000 y 1:30.000 varones

Ligada al cromosoma X

Metodología: PCR digital • Cuantificación absoluta sin curvas de referencia ni controles internos. • Permite detectar cantidades pequeñas de DNA/RNA • Más sensible, precisa y reproducible: comparación resultados entre distintos laboratorios.

control paciente

DMD (n=21)

BMD (n=5)

Controles (n=22)

Niveles absolutos de miR-30 y miR-181 en pacientes DMD y BMD

ROC miR181a, Control-Becker

SpecificityS

en

sitiv

ity

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

BMD AUC 0.87

Correlación con la clínica

miR-30c

miR-30c

miR-181a

miR-181a

• Recogida simultánea y sistemática de información clínica. • Aplicación escalas validadas para cada enfermedad. • Equipo multidisciplinar.

Conclusiones

Se sugiere la ddPCR como el “gold-standard” para la cuantificación

absoluta y precisa de microRNAs en el suero de pacientes con DMD y BMD.

Proponemos los miR-30c y miR-181a como biomarcadores sensibles y

específicos de diagnostico en suero para DMD y BMD junto con otros

distromirs.

El miR-206 discrimina DMD de BMD: papel como biomarcador pronóstico.

miR-30c podría ser un buen biomarcador para evaluar la función motora y

progresión de la enfermedad en DMD (aplicación en ensayos clínicos).

Es necesario el análisis de un mayor número de pacientes a lo largo del

tiempo.

miRNAs & enfermedades neurológicas

AD: Alzheimer; ALS: ELA; PD: Parkinson; Basak et al., 2016

miR-9; miR-124, miR-128; miR-134

miR-134 como biomarcador de respuesta a anti-epilepticos, daño tras episodio y como terapia en modelos animales. (Jimenez-Mateos 2012).

Caracterización clínica y genética de pacientes con Distonía Mioclónica-DYT-11: estudio de biomarcadores

Asociación Aludme

ε-sarcoglicano

• En 2001 se identifican mutaciones en SGCE en pacientes con distonia mioclónica (Strom T; Human Genetics, Munich) (Orpha:36899), .

• El gen SGCE localizado en 7q21.3.

• Proteína c.50kDa glicosilada de la familia de los sarcoglicanos.

• 437 aa (43% homología con α-sarcoglicano).

• Isoformas por “splicing” alternativo de varios de los 12 exones.

• Herencia AD: Impronta genética del alelo materno.

Herencia: AD/Impronta materna SCGE

X X

Mutaciones nonsense o missense: pérdida de función: AD

Quan Gao 1 and Elizabeth M McNally 2. Compr Physiol. 2015 July 1; 5(3): 1223–1239

Sarcoglicanos y el complejo asociado a la distrofina

1aa 437aa Extracelular

318-338 aa

Transmembrana Intracelular

1aa 451aa Extracelular

318-338 aa

Transmembrana Intracelular

PDZ

ε-sarcoglicano 1 (UniProtKB - O43556): ubicua

ε-sarcoglicano 2: cerebro específica

isoformas

RN

A

PR

OTE

ÍNA

1

Astrocitos endotelio

2

Neuronas

Sistema Nervioso Central

Músculo esquelético y cardiaco

Distrofia Muscular (LGMD)

DYT11

+ +

Membrana plasmatica Reticulo endoplasmico

+ +

x

x

x

2

?

Waite et al., 2016

Sistema dopaminérgico de neurotransmisión • Enriquecido en membrana

pre- y post-synaptica

• Neuroimagen pacientes DYT11: reduccion de la capacidad de unión del D2R en el estriatum.

• Ratones deficientes en Sgce (modelo animal): • Niveles extracelulares

aumentados de dopamina y sus metabolitos

• Niveles de D2R reducidos en striatum (Western Blot)

• Aumento en la liberación de dopamina tras tratamiento con amfetamina comparado con ratones normales

• Homeostasis del D2R Zhang et al., 2012. CRISTINA MISSALE et al. Physiol Rev

1998;78:189-225

miRNA & Distonia

Objetivos: 1. Identificación miRNAs implicados en DYS-11.

2. Validación: Analizar la expresión de una selección de los miRNAs identificados mediante PCR digital.

3. Correlacionar los niveles de los miRNAs con variables clínicas y escalas funcionales para evaluar el potencial pronóstico de los miRNAs.

Ana Rivera-Barahona; Belén Pérez Eva Richard; Lourdes R. Desviat. Journal of Inherited Metabolic Disease 2017, Vol 40, pp 471–480

Identificación de miRNAs

Metodología:

Recogida muestras plasma pacientes, padres y controles.

Extracción y cuantificación miRNA.

• Control de calidad y concentración de miRNAs: Bioanalyser.

• Análisis de expresión por microarrays (IDIBAPS).

(GeneChip®, miRNA 3.0 Array).

Colaboración Dra. M. J. Martí, Hosp. Clinic/Unidad Genómica IDIBAPS

Futuro

Take home • El estudio de biomarcadores es fundamental para el

conocimiento, diagnóstico y tratamiento de las enfermedades neurológicas.

• Los miRNAs constituyen biomarcadores no invasivos.

• El perfil de miRNAs asociado con DYT11 se desconoce.

• Los miRNAs pueden representar una opción terapéutica futura para enfermedades neurológicas.