Intérêt des Biomarqueurs dans les maladies neurodégénératives Dr A.Gabelle Dr S. Roche Service de Neurologie / Biochimie CHU Gui de chauliac / St Eloi Montpellier

Biomarqueurs Marqueurs biologiques : D’ Imagerie : LCR Sang urine D’ Imagerie : Morphologique (volumétrie hippocampique…) Fonctionnelle (PETscan, PIB, 18F FDDNP…) D’une lésion neuropathologique (ex: tau, A…) D’un processus physiopathologique (ex: 14-3-3)

Intérêts des biomarqueurs Intérêt pour 1 diagnostic positif Intérêt pour 1 diagnostic précoce Intérêt pour diagnostics différentiels Intérêt pour analyse des études pharmacologiques & thérapeutiques Recherche : déterminer de nx mécanismes physiopathologiques (études protéomiques…) Notre expérience

Intérêts des biomarqueurs Intérêt pour 1 diagnostic positif Intérêt pour 1 diagnostic précoce Intérêt pour diagnostics différentiels Intérêt pour analyse des études pharmacologiques & thérapeutiques Recherche : déterminer de nx mécanismes physiopathologiques (études protéomiques…) Notre expérience

Intérêt dg : maladie d’Alzheimer Démence d’évolution lente 14,2% des personnes de plus de 75 ans sont atteint de démence 600 000 MA / 750 000 déments en France 130 000 nouveaux cas par an MA et démences = Problème majeur de santé publique Diagnostic est non fait dans 50% des cas avec  de la prévalence et de incidence avec l’âge Prévalence  âge Probabilité d’être indemne de démence

Généralités sur la maladie d’Alzheimer Intérêt dg : maladie d’Alzheimer Critères diagnostiques surtout dépendants de critères d’exclusion Même si progrès de nombreux doutes diagnostiques subsistent Importance du Dg précoce et efficient Neuropathologie Tests neuropsychologiques Plainte du patient Neuroimagerie Diagnostic Examen clinique Bilan biologique Efficacité symptomatique des traitements AC Inhibiteurs Développement des nouvelles stratégies (vaccins, -sécrétase, -sécrétase)

Bases physiopathologiques des biomarqueurs dans la MA La physiopathologie MA repose sur un déséquilibre de la production et de la clearance du peptide β amyloïde, surtout Aβ1-42, qui s’agrège sous forme de plaques séniles corticales un dépôt de Tau qui s’agrège sous forme de DNF dans le neurone

Les protéines Tau et pTau Kinase Phosphatase Accumulation pTau sous forme de fibrilles Perturbation de fonctionnement de l’axone Mort neuronale Microtubules Phosphorylation de Tau Dépolymérisation des microtubules

Biomarqueurs de la MA Peptides Ab et Protéines Tau totale et Phosphorylées (P-Tau) Ab 42 Ab 40

Rationalité d’utilisation du LCR 150 ml de LCR est en contact direct avec l’espace EC cérébral Modif biochimiques = reflet des processus pathologiques

Inconvénients/ Contraintes CSF Biomarqueurs Avantages/ Intérêts Inconvénients/ Contraintes Mesure objective Précise, quantifiable Reproductible Robuste Peu de biais Physiopathologie … Coût et temps Prélèvements… Erreur de mesure Norme Statistique Ethique …

Diagnostic positif de MA : profil et méta-analyse SPEC SENS 86 % 90% 81% 90% 80% 92% 85-94% 83-100% Abeta : MA vs C 600 MA 450 Contrôles 13 études T-tau : MA vs C 2500 MA 1400 C 36 études P-tau : MA vs C 800 MA 370 C 11 études Conclusion Profil de la MA ↓ A ↑ t-tau ↑p-tau (231) Blennow, 2003

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Maladie d’Alzheimer au stade pré-démentiel PHASE PRE-DEMENTIELLE DEMENCE « MCI » Troubles Cognitifs modérés Normal Plainte mnésique Syndrome démentiel DEPENDANCE SIGNES (Déficit cognitif) SYMPTOMES LESIONS CEREBRALES MALADIE D ’ALZHEIMER

Prédiction des biomarqueurs du LCR pour le diagnostic de la maladie d’Alzheimer au stade prédémentiel L’incidence MA chez MCI avec CSF pathologique (n=67) = 27% /an Si CSF normal (n=67) = taux conversion 1% / an Hansson 2006

CSF Biomarqueurs et prodromal MA Cohorte de 180 MCI (137 CSF) + forte association entre taux pathologiques de CSF BM ↓Abéta 1- 42 ; ↑t-tau; ↑p-tau et conversion MCI-MA que pour FDR :âge; sexe, NSC,génotype APOE; homocystéine plasmatique Combinaison Tau totale, ratio A42/P-tau181 Se 95%, Sp 87% pour détecter état prédémentiel Hansson, 2006 Taux pathologiques de >ou=2 CSF BM prédisent conversion MCI-MA et identifie les formes stables de MCI. Surtout A et Ptau Parnetti, 2006. Herruka 2005 Etude sur 86 sujets MCI n= 22 MCI-AD; 43 MCI-MCI; et 21 contrôles suivi 2ans MCI-AD taux élevé de P-tau231, T-tau, IP, et ratios P-tau231/A 42/40 et T-tau/A42/40 et Taux faible de A42/A40 par rapport aux MCI-MCI et contrôles Intérêt du P-tau231 (taux de prédiction 80%, p<0.001) comme marqueur de déclin MCI-MA puis P-tau(231)/A42/40 et ratio T-tau/A42/40 Intérêt du dosage de isoprostane en longitudinal? Brys, blennow; 2007

Plasma A et MCI/MA N = 1756 sujets Rotterdam study suivis 8,6 ans, combinaison de Aβ1-40 et Aβ1-42 : taux élevé d’Aβ1-40 ; taux faible d’Aβ1-42 augmente le risque de MA d’un facteur 10 A1-42 / A1-40 plasmatique bas A1-42 diminuerait juste avant les signes de MA risque RR 3.1 d’évolution vers MA ds groupe A42/A40 plus faible Analyse conjointe de A1-40, An-40, A1-42 et Abn-42 avec nouvelle technique multiplex immunoassay . 2 cohortes indépendantes : MCI (n=117) suivi 4-7 ans 41% de taux de conversion Et MCI (n=110) suivi 2-4 ans 14% de conversion Aucune isoforme d’A ne différencie les converteurs des non converteurs Pas de corrélation entre taux d’ A1-42 dans CSF et plasma CSF BM sont + prédictifs que BM plasmatiques Van Oijen 2006 Hansson 2008

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Diagnostics différentiels Pathologie Tau total Tau -181P Ab1-42 Sénescence normal Normal normal Mal. Alzheimer   Dépression Mal. Parkinson Démence alcoolique Démence fronto-temporale Normal ou  faible Normal ou  faible Dem. Corps Lewy Faiblement  Mal. Creutzfeldt-Jakob  Normal ou  Acc.Vascul.Cérébral  transitoire Dem. Vasculaire Données divergentes Normal ou  Le dosage simultane des 3 marqueurs permet de faire le diagnostic differentiel de la MA avec d autres maladies neurologiques (depression, maladie de Parkinson), d autres demences (alcoolique, vasculaire..) Dr Blennow, Clinical Laboratory International, Oct.2001: 8-10 P-tau 181 pour ≠ MA DCLBlennow, 2006

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Autres protéines dans LCR Association aN prostaglandine-d-synthétase (PDS) et de transthyrétine (TTR) formant un complexe protéique dosable dans le LCR par WB et ELISA Dans LCR in vivo : Complexe PDS/TTR 6 x plus élevés chez MA que témoins ; SE 100% et SP 93% Approche protéomique sur 60 LCR normal, MCI et MA Taux plus faibles chez MCI et très faibles voire absents chez MA corrélation durée ou sévérité de la maladie Intérêt taux RBP et haptoglobin precursor allele 1 dans CSF comme marqueur de l’évolution normal vers MCI et vers MA Jung SM Neurosci Lett. 2008 Lovell, Neurology 2008

Autres BM dans LCR Détermination d’un profil de protéine sur 259 patients Screening de 120 protéines de signaling 18 sélectionnées Rôle dans la dysrégulation de l’hématopoièse, de la réponse immunitaire, de l’apoptose et du maintient neuronal chez les patients MCI qui évoluent vers une MA

Nouveaux Biomarqueurs L’analyse clinique protéomique du LCR représente un outil majeur dans la découverte de biomarqueurs dans le champ des affections neurologiques.

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Fédération de Neurologie Carcassonne –13 et 14 Juin 2008 Marqueurs biologiques de la maladie d’Alzheimer Marqueurs biologiques de la maladie de Creutzfeld Jakob Biobanque en Neurologie et Recherche en Protéomique Clinique

Préanalytique : Prélèvement et Transport Le prélèvement se fait directement dans des tubes spécifiques en polypropylène uniquement Acheminement immédiatement à 4°C (sur glace) vers la Biochimie St Eloi, CHU Montpellier Traitement une fois par mois (selon volume) Conservation à -80°C….

Dosages et Rendu du Résultat Patient Ab1-42 pg/ml TAU pTAU 110 387 158 26 112 630 425 42 113 320 213 27 114 204 899 76 115 315 260 32 116 529 187 16 117 194 483 58 ELISA peptide Ab1-42, protéine TAU & protéine phosphoTAU Seuils Ab1-42 > 500 pg/ml Tau < 300 pg/ml 450 pg/ml (21 – 50 ans) (51 – 70 ans) (> 71 ans) pTau 60 pg/ml

Alzheimer vs Autres Démences Nos résultats Diagnostics Dosages dans le LCR (ELISA - Innogenetics®) Alzheimer vs Autres Démences Sensibilité Spécificité Courbe de ROC Ab42 (<400 pg/ml) 43,5 % 63,3 % 0,560 Tau (>300 pg/ml) 73,9 % 56,7 % 0,740 P-Tau (>60 pg/ml) 69,6 % 90,0 % 0,776 IATI (<1) 82,6 % 53,3 % 0,767 Neurology 1999;52:1555-1562

Combinaison Tau, Aß42 et P-Tau(181P) 3 pTau = 60 2,5  2 ATI 1,5 AT I = 1 1   0,5 50 100 150 200 pTau (pg/mL)

Comparaison des courbes de ROC Ab Tau P-Tau IATI

Fédération de Neurologie Carcassonne –13 et 14 Juin 2008 Marqueurs biologiques de la maladie d’Alzheimer Marqueurs biologiques de la maladie de Creutzfeld Jakob Biobanque en Neurologie et Recherche en Protéomique Clinique

La biologie des Maladies à Prions Conformation/structure protéique native normale Conformation/structure protéique pathologique, infectieuse et agrégeant PrPC Sc PrPC Situation physiologique Sc Début de l’infection Processus de conversion et d’agrégation L’accumulation de protéine PrPSc induit la mort neuronale. Une libération de protéine 14-3-3. Une libération de protéine Tau.

Les interférences et les faux positifs AVC ischémique/hémorragique, Hémorragie méningée Etat de mal Encéphalite (Hashimoto, infectieuses, toxique, métabolique..) Néoplasie (myélome..), para-néoplasie Protéinorachie élevée Ponction traumatique et/ou hémorragique

Méthode de dosage et rendu du résultat 191 97 64 51 39 28 14 14-3-3 1 2 3 4 5 100% 79% 1 – Contrôle positif 2 – Contrôle douteux 3 & 4 – Echantillon positif 5 – Echantillon négatif 75% 50% 25% 12% 7% 1% 0% Négatif Douteux Positif Non réalisable

Une aide au diagnostic La recherche de 14-3-3 dans les formes sporadiques à une sensibilité de 90% et une spécificité de 95%. Le diagnostic de certitude est fait post-mortem par autopsie et analyse histologique du cerveau

Fédération de Neurologie Carcassonne –13 et 14 Juin 2008 Marqueurs biologiques de la maladie d’Alzheimer Marqueurs biologiques de la maladie de Creutzfeld Jakob Biobanque en Neurologie et Recherche en Protéomique Clinique

Biobanque Neurologie/CHU Montpellier Traçabilité complète des prélèvements Validée par CPP, déclaration à l’AFSSAPS à ce jour >210 prélèvements, 150 avec confirmation diagnostique et résultats des marqueurs SLA  15 Psy.  6 MA  34 SEP  18 DFT  8 Parkinson  9 Dem. Vascul.  11 MCL  4 Autres  20 Témoin  11 Hydroceph.  14

Perspective: recherche protéomique 128 64 32 16 4 5 6 7 8 9 pI MW HPLC Dionex U3000 - Année 2008 SELDI-TOF, renouvellement en cours 2 IPG Phor – 6 gels 13x16cm ProteinChip® (SELDI-TOF-MS) Western Blot Grade Clinique

Préanalytique : Prélèvement et Transport Le prélèvement se fait directement dans des tubes spécifiques en polypropylène uniquement Acheminement immédiatement à 4°C (sur glace) vers la Biochimie St Eloi, CHU Montpellier Traitement une fois par mois (selon volume) Conservation à -80°C….

Création d’une biobanque LCR 1ers résultats sur les 167 patients atteints d’affections neurologiques Diagnostics validés par 2 experts en cognition 18 MA probable dg basé sur les critères du NINCDS/ADRDA 46 démences non MA Dosage A, Tau totale et PhosphoTau(181)

Comparaison des Courbes de ROC PhosTau Comparaison des Courbes de ROC MA vs démences IATI ABeta Tau

Comparaison des Courbes de ROC MA vs autres diagnostics PhosTau Comparaison des Courbes de ROC MA vs autres diagnostics IATI Tau ABeta

Comparaison des courbes de ROC Ab Tau P-Tau IATI

Index Ab–Tau (IATI) “Ab–Tau index” ou AT I > 1 AT I = 2000 “Ab–Tau index” ou AT I > 1 1500 A 1-42 (pg/ml) A 1-42 = 240 + 1.18 Tau 1000 AT I = A 1-42 / (240 + 1.18 Tau) < 1 500 500 1000 1500 Tau (pg/mL)

Combinaison Tau, Aß42 et P-Tau(181P) 3 pTau = 60 2,5  2 ATI 1,5 AT I = 1 1   0,5 50 100 150 200 pTau (pg/mL)

Alzheimer vs Autres Démences Nos résultats Diagnostics Dosages dans le LCR (ELISA - Innogenetics®) Alzheimer vs Autres Démences Sensibilité Spécificité Courbe de ROC Ab42 (<400 pg/ml) 43,5 % 63,3 % 0,560 Tau (>300 pg/ml) 73,9 % 56,7 % 0,740 P-Tau (>60 pg/ml) 69,6 % 90,0 % 0,776 IATI (<1) 82,6 % 53,3 % 0,767 Neurology 1999;52:1555-1562

Es ce qu’on parle de AOI en SELDI? On fera de la pub pour les marqueurs en routine? Et pour 14-3-3?

Nbre de patients traités et % de patients traités / patients prévalents Moyenne France : 28 % source : GERS Déc 2003 & INSEE / PAQUID

Validation neuropathologique des biomarqueurs du LCR N = 27 cas MA, Dosage Aβ42, Tau totale et P-Tau181 Se diagnostique = 99% ; Sp = 95% (par rapport aux témoins) AJ Simon EU P2-165 N = 100 cas démences, Dg bio de MA posé dans 82,7% des cas confirmés anatomiquement. Les BM classent correctement 4/6 cas de MA avec présentation atypique S Engelborghs, Anvers, 06

Association entre faible ratio plasmatique A42/A40 et augmentation du risque chez personnes âgées de développer MCI et MA Analyse ELISA plasma A40 et A42 Suivi 2 à 12 ans (médiane 3,7ans) pour voir si développement MCI ou MA Cohorte de sujets âgés (n= 563) âge moyen 78 ans 62% femmes Au cours du suivi 53 sujets développent MCI ou AD Ratio A 42/A40 est plus faible chez groupe avec plus fort risque d’évolution vers une MA RR 3.1 Après ajustement âge, APOE, les patients avec ratio + faible ont un risque de déclin + élevé (p = 0.02). Intérêt du ratio comme marqueur prémorbide du MCI et MA Graff-Radford NR Arch Neurol. 2007