Metabolomická a lipidomická štúdia vzoriek mozgovomiešneho moku pacientov s Alzheimerovou chorobou

Bc. Ivana ŠTRAUCHOVÁ

Master's thesis

Metabolomics and lipidomics study of cerebrospinal fluid samples of patients suffering from Alzheimer's disease

Abstract:

Abstrakt Predložená diplomová práca sa zaoberala cielenou metabolomickou a lipidomickou štúdiou vzoriek cerebrospinalnej tekutiny (CSF) od pacientov s Alzheimerovou chorobou (AD) porovnaných so vzorkami zdravých jedincov. AD je neurodegeneratívne ochorenie, ktoré sa v súčasnej dobe ťažko diagnostikuje a nie je liečiteľné. Na obidve štúdie bol využitý kvapalinový chromatograf v spojení s hmotnostným tandemovým spektrometrom. Získané dáta boli spracované a podrobené štatistickej analýze pomocou viacrozmerných a jednorozmerných prístupov. V rámci vyhodnotenia boli vzorky rozdelené na AD pacientov a kontroly, pričom každá skupina bola ešte rozdelená na pohlavia. Po vizualizácií výsledkov boli zmeny v metabolóme a lipidóme u AD pacientov biochemicky interpretované. Metabolomická štúdia odhalila celkovo 95 metabolitov, z toho boli významné najmä metabolity spojené s argininovým metabolizmom (citrulín a kreatín) a acylkarnitíny, ktoré súviseli s oxidáciou mastných kyselín. Okrem nich boli ešte zvýšené hladiny metabolitov (napríklad metionín, N,N dimetylglycín/2,2 dimetylglycín, galaktitol/manitol, alantoín) z dôvodu zmenenej aktivity enzýmov podieľajúcich sa na ich metabolizme vplyvom oxidačného stresu. Medzi ďalšie významné metabolity patrili močovina a kreatinín, ktoré boli vo zvýšenej miere transportované cez poškodenú hematolikvorovu bariéru. Z lipidomickej analýzy bolo detegovaných 189 lipidov, pričom iba niektoré mali významne zmenené hladiny (najmä z tried glycerolfosfolipidov, sfingomyelínov a cholesterol esterov). Väčšina významných lipidov súvisela z rozpadom membrán neurónov. Na zmene aktivity enzýmov, poškodení hematolikvorovej bariéry a rozpade membrán neurónov sa podieľajú patobiochemické procesy (napríklad oxidačný stres), ktoré vznikajú v reakcií na prítomnosť neurofibrilárnych spletí a amyloidných plakov.

Abstract:

The submitted diploma thesis dealt with a targeted metabolomic and lipidomic study of cerebrospinal fluid (CSF) samples from patients with Alzheimer's disease (AD) compared with samples from healthy subjects. AD is a neurodegenerative disease that is currently difficult to diagnose and incurable. A liquid chromatograph coupled to a tandem mass spectrometer was used for both studies. The data obtained were processed and subjected to statistical analysis using multivariate and univariate approaches. For the evaluation, the samples were divided into AD patients and controls, with each group further divided into sexes. After visualization of the results, changes in the metabolome and lipidome in AD patients were biochemically interpreted. The metabolomic study revealed a total of 95 metabolites, of which metabolites associated with arginine metabolism (citrulline and creatine) and acylcarnitines, which were related to -oxidation of fatty acids, were particularly significant. In addition, metabolites (e.g. methionine, N,N dimethylglycine/2,2 dimethylglycine, galactitol/mannitol, allantoin) were elevated due to altered activity of enzymes involved in their metabolism due to oxidative stress. Other significant metabolites included urea and creatinine, which were transported to an increased extent across the damaged blood-CSF barrier. From lipidomic analysis, 189 lipids were detected, with only a few having significantly altered levels (mainly from the classes of glycerol phospholipids, sphingomyelins and cholesterol esters). Most of the significant lipids were related to neuronal membrane breakdown. Pathobiochemical processes (e.g., oxidative stress) that arise in response to the presence of neurofibrillary tangles and amyloid plaques have been implicated in altered enzyme activity, blood-CSF barrier damage, and neuronal membrane breakdown.

Keywords

Alzheimerova choroba, mozgovomiešny mok, biomarker, metabolomika, lipidomika, kvapalinová chromatografia, hmotnostná spektrometria

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 4. 2023

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Dana Dobešová

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biochemistry