Die Diagnose von neurodegenerativen Erkrankungen und die Beobachtung des Fortschreitens der Erkrankungen erfolgt derzeit vorwiegend durch klinische Symptome. Das wird durch die überlappende klinische Symptomatik einiger neurodegenerativer Erkrankungen erschwert, was das Risiko einer Fehldiagnose erhöht. Außerdem ist eine frühe Diagnose nicht möglich, bevor Symptome auftreten.

Ein Biomarker ist "ein Merkmal, das objektiv gemessen und bewertet wird und als Indikator eines normalen biologischen Prozesses, pathogenen Prozesses oder einer pharmakologischen Wirkung einer therapeutischen Intervention dient" (National Institutes of Health, NIH). Biomarker können helfen, die Differenzial- und Frühdiagnose zu verbessern und das Fortschreiten der Erkrankung zu beobachten und zu prognostizieren. Sie sind zudem essentiell für die Bewertung von Behandlungseffekten in klinischen Studien. Die Bestimmung von Biomarkern in biologischen Flüssigkeiten wie Blut oder dem Gehirnwasser (Liquor) ist eine etablierte Prozedur und wird in der klinischen Routinediagnostik bei vielen Erkrankungen verwendet. Für neurodegenerative Erkrankungen jedoch gibt es bisher nur sehr wenige zuverlässige Biomarker im Blut oder Liquor.

Unsere Arbeitsgruppe hat das Ziel, neue Biomarker (insbesondere Proteine und Peptide) für neurodegenerative Erkrankungen zu entdecken und bereits beschriebene Biomarker detailliert zu charakterisieren. Der Fokus liegt insbesondere auf Biomarkern für die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) und Frontotemporale Lobärdegeneration (FTLD), entsprechend dem Schwerpunkt des DZNE-Standorts Ulm. Dazu verwenden wir verschiedene massenspektrometrische Methoden und Immunoassays (ELISA, Simoa, Ella), um Biomarker in klinischen Proben (Liquor, Serum, Plasma), Gewebe und präklinischen Proben zu bestimmen, im Kontext einer translationalen Forschungsstrategie (in Zusammenarbeit mit anderen Arbeitsgruppen des DZNE Ulm).

Die Massenspektrometrie (MS) gekoppelt mit der Flüssigchromatographie (LC-MS/MS) ermöglicht es uns, mehrere tausend Proteine in einer einzelnen Probe zu bestimmen (untargeted/shotgun Proteomiks). Sie ist ideal geeignet, Veränderungen einzelner Proteine bei ALS-/FTLD-Patienten aufzudecken und erkrankungsbedingte Mechanismen und Biomarkerkandidaten zu identifizieren. So konnten wir bereits erfolgreich neue Biomarkerkandidaten für ALS/FTLD im Liquor mittels MS finden. Darunter die Proteine UCHL1, MAP2, GPNMB oder NPTXR, die wir derzeit genauer charakterisieren. Ein Hauptaugenmerk dieser DZNE-Kooperationsgruppe ist außerdem die Untersuchung von Peptiden und deren Veränderungen bei ALS/FTLD (Peptidomiks).

Gezielte MS (targeted MS), d.h. die Bestimmung ausgewählter Biomarker mit MS, ist eine Möglichkeit, die hohe Spezifität der MS für die Messung einer großen Probenanzahl anzuwenden und stellt eine Alternative für Immunoassays bei der Biomarkervalidierung dar. Wir entwickeln gezielte MS Verfahren (MRM, PRM) für Biomarkerkandidaten aus proteomischen/peptidomischen Untersuchungen für die Validierung in großen Patientenkohorten wenn Immunoassays nicht verfügbar oder zuverlässig sind.

Beispiele für gezielte MS-Verfahren, die wir erfolgreich in unserem Labor entwickelt oder implementiert haben, sind die Messung von:

1. Beta-Synuclein mit IP-MS in Blut (Marker für synaptische Degeneration bei der Alzheimer Erkrankung, Oeckl et al., JPR 2020)
2. Abeta42/40 mit IP-MS in Blut (Marker für die Amyloidpathologie bei der Alzheimer Erkrankung)
3. Synucleine (alpha/beta/gamma) mit MRM im Liquor (Marker für synaptische Degeneration, Oeckl et al., MCP 2016)
4. Ubiquitin mit MRM im Liquor (Oeckl et al., JPR 2014)
5. VGF mit MRM im Liquor (Synaptischer Marker, van Steenoven et al., IJMS 2019)

Wir sind mit modernsten Geräten ausgestattet, um die Erforschung von Biomarkern und Studien in klinischen Proben durchzuführen:

Massenspektrometrie

1. Thermo Exploris 480 Orbitrap mit FAIMS-Pro Interface und Ultimate 3000 RSLCnano LC
2. Sciex QTRAP6500 mit MicroLC200 und Agilent 1260
3. Thermo Q Exactive Orbitrap mit Ultimate 3000 RSLCnano LC

Immunoassays

1. Quanterix Simoa HD-1 analyzer
2. ProteinSimple Ella System