biomarcadores en enfermedades neurológicas, hospital sant joan de déu barcelona
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Biomarcadores en enfermedades neurológicas
Cecilia Jimenez-Mallebrera
Unidad de Patología Neuromuscular
Servicio de Neurologia. IR-SJD. HSJD
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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.
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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
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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.
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¿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.
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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%
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¿ 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.
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Nuestra experiencia en biomarcadores:
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¿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).
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miRNAs como biomarcadores de enfermedades neurologicas
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RNA no codificante
rRNA, tRNA, snRNA snoRNA lncRNA
siRNA, miRNA, piRNA
¿Qué son los miRNAs?
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miRNAs como biomarcadores y dianas terapeuticas
Revista Eubacteria, Nov. 2013, Nº 32
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Revista Eubacteria, Nov. 2013, Nº 32
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¿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).
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Análisis Bioinformático
“ Cell cyle, skeletal and muscular system development”
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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
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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
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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
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DMD (n=21)
BMD (n=5)
Controles (n=22)
Niveles absolutos de miR-30 y miR-181 en pacientes DMD y BMD
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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
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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.
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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.
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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).
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Caracterización clínica y genética de pacientes con Distonía Mioclónica-DYT-11: estudio de biomarcadores
Asociación Aludme
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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.
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Herencia: AD/Impronta materna SCGE
X X
Mutaciones nonsense o missense: pérdida de función: AD
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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
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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
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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
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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
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miRNA & Distonia
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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.
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Ana Rivera-Barahona; Belén Pérez Eva Richard; Lourdes R. Desviat. Journal of Inherited Metabolic Disease 2017, Vol 40, pp 471–480
Identificación de miRNAs
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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
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Futuro
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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.