Bioinformatic identification of exosomal phosphospecific biomarkers candidates for Alzheimer’s disease

Abstract

Exosomes are a subtype of extracellular vesicles, important in cellular communication and involved in several physiological and pathological processes. In its content there are several molecules, including proteins with potential as biomarkers for diagnostic or therapeutic targets. In this context, studies that support the clinical value of these nanovesicles are being carried out for a variety of diseases, including for Alzheimer's disease (AD). AD is the most prevalent form of dementia worldwide with a great impact on the patients’ life and their families. The phosphorylation process is crucial in the disease’s progression and in the appearance of senile plaques (SPs) and neurofibrillary tangles (NFTs). The main goal of this work was to identify putative biomarkers’ candidates in the phosphoproteome of blood-derived exosomes. For this, it was performed a bioinformatic analysis of the exosomal phosphoproteome, obtained by microarrays’ analysis. 447 proteins were obtained, 48 of which had some described relation with AD. A Gene Ontology analysis of this phosphoproteome revealed several molecular events related to phosphorylation and focused on the identification of the kinases and phosphatases relevant to AD. The MAPK1 and CDK1 proteins were tested as putative biomarkers. Using Western Blot and ELISA, it was possible to detect a tendency to decrease the amount of MAPK1 in blood-derived exosomes of AD patients compared to controls. Future studies aim to test these candidates in a wider range of samples and validate their potential as diagnostic biomarkers for AD.

Exossomas são um tipo de vesículas extracelulares, importantes na comunicação celular e envolvidos em diversos processos fisiológicos e patológicos. No seu conteúdo existem diversas moléculas, incluindo proteínas, com potencial como biomarcadores de diagnóstico ou alvos terapêuticos. Neste contexto, têm vindo a ser realizados estudos que suportam a utilidade clínica destas nanovesículas, para uma variedade de doenças, incluindo para a doença de Alzheimer (AD). A AD é a forma de demência mais prevalente no mundo com grande impacto na vida dos doentes e das suas famílias. O processo de fosforilação é crucial na progressão desta doença e no aparecimento das placas senis (SPs) e tranças neurofibrilares (NFTs). O objetivo deste trabalho foi identificar potenciais candidatos a biomarcadores no fosfoproteoma dos exossomas derivados de sangue. Para tal, procedeu-se a uma análise bioinformática do fosfoproteoma de exossomas obtido através da análise de microarrays. Obtiveram-se 447 proteínas, das quais 48 apresentavam alguma relação com a AD descrita. A análise por Gene Ontology deste fosfoproteoma revelou vários eventos moleculares relacionados com fosforilação e focou na identificação das cinases e fosfatases relevantes para AD. As proteínas MAPK1 e CDK1 foram testadas como potenciais biomarcadores. Utilizando Western Blot e ELISA foi possível detetar uma tendência para diminuição da quantidade de MAPK1 em exossomas derivados do sangue de pacientes, comparativamente a controlos. Estudos futuros visam testar estes candidatos num número mais alargado de amostras e validar o seu potencial como biomarcadores de diagnóstico para AD.