Detection of High Molecular Weight α-synuclein Aggregates in Human Plasma

Abstract

Parkinsons disease is a neurodegenerative disorder characterized by the accumulation of α-synuclein aggregates and selective neuronal loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. Fibrillar α-synuclein aggregates are a major constituent of pathological hallmarks such as Lewy bodies and Lewy neurites. These insoluble α-synuclein aggregates are known to induce neuronal dysfunction and death by interfering with various cellular pathways. Also, these aggregates are prone to transmission from cell to cell and later invade a wider area of the brain, causing the pathology to worsen over time. As α-synuclein is a key player in the development of Parkinsons disease, there were numerous attempts to identify and validate α-synuclein species as biomarkers. Although α-synuclein fibrils are essential to the pathological progress, there has been no report so far to prove its presence in human plasma. I investigated whether α-synuclein fibrils generally exist in human plasma by making use of a refined protocol based on the previous studies. First, I showed that the new assay can be used to sufficiently reflect specific species of recombinant α-synuclein (monomer, oligomer, and fibrils). Second, I was able to measure a consistent amount of high molecular weight α-synuclein aggregates, presumably fibrils, in human plasma. In conclusion, human plasma contains α-synuclein aggregates whose sedimentation properties resemble those of fibrils, although it is difficult to definitively prove their β-sheet secondary structure or gross filamentous shape. The procedure developed in this study can be utilized in quantitative and qualitative analysis of α-synuclein fibrils in human blood and will allow us to identify new diagnostic measures for Parkinsons disease.

파킨슨병은 진행되는 퇴행성 뇌질환으로 병리학적 소견으로는 알파 시뉴클린 축적과 흑질에서의 선택적인 도파민 생성 뉴런의 손실이 관찰된다. 알파 시뉴클린 피브릴은 루이체와 루이신경돌기의 주요 구성성분이다. 이러한 알파 시뉴클린 응집체는 다양한 세포 경로를 통해 뉴런 기능의 손실과 사멸을 가져오는 것으로 알려져 있다. 또한, 응집체는 세포간 전파가 가능하여 시간이 지나면서 뇌에 더 광범위하게 퍼져 병이 더욱 악화된다. 알파 시뉴클린이 파킨슨병의 병태생리에 중요한 역할을 하기에 알파 시뉴클린을 혈액과 뇌척수액에서 측정하여 바이오마커로 이용하고자 하는 다양한 시도가 있었다. 그렇지만 알파 시뉴클린 피브릴을 혈액에서 검출하거나 비교한 연구는 지금까지 없었다. 따라서, 본 연구는 알파 시뉴클린 피브릴이 일반적으로 사람의 혈장에 존재를 하는지 규명하고자 하였다. 최근에 발표된 논문을 바탕으로 하여 측정 방법을 새로 수립하였으며 이를 통해 재조합 알파 시뉴클린 단백질을 크기에 따라 (monomer, oligomer, fibril) 구분하여 측정할 수 있음을 보였다. 더 나아가 혈액에서 동일한 방법을 적용하여 피브릴 크기의 고분자 응집체를 검출할 수 있음을 보였다. 이와 같은 결과는 혈장내 알파 시뉴클린 피브릴의 정량적, 정성적 비교를 통한 새로운 파킨슨병 진단법 개발의 가능성을 보여준다.