Tau protein hyperphosphorylation, aggregation and trans-synaptic transfer in Alzheimer's disease: cerebrospinal fluid analysis and assessment of potential neuroprotective compounds

Project of the Croatian Science Foundation grant no. IP-2014-09-9730 (12 Oct 2015 - 11 Oct 2019)

 

Hiperfosforilacija, agregacija i transsinaptički prijenos tau proteina u Alzheimerovoj bolesti: analiza likvora i ispitivanje potencijalnih neuroprotektivnih spojeva

Projekt Hrvatske zaklade za znanost br. IP-2014-09-9730 (12. listopada 2015. - 11. listopada 2019. godine)

 

Hrvatska zaklada za znanost Croatian Science Foundation

 

Poveznica na prethodni HRZZ projekt / Link to the previous CSF project

 

Project collaborators / Suradnici na projektu:

 

Project leader / Voditelj projekta

Goran Šimić

 

Summary of the project

There is no effective treatment for Alzheimer’s disease (AD). As many drugs discovery attempts based on the amyloid cascade hypothesis have not been successful, tau protein has become an increasingly important therapeutic target owing to advances in understanding of its role in AD pathogenesis. In AD, the balance of tau kinase and phosphatase activity is shifted, creating a highly phosphorylated species of tau. This raises the fraction of unbound tau, which is no longer attached to microtubules, allowing for monomeric hyperphosphorylated tau to bind to one another to produce oligomers. Fusion of these oligomeric species leads to the formation of paired helical filaments, the primary constituent of neurofibrillary changes, which have been neuropathologically documented to be an early and pivotal event (in a so-called „pre-tangle“ stage) in the pathogenesis of AD. Our aims are: 1) to define better the relationship between the early AD biomarkers total and phospho-tau proteins, as well as amyloid ß in cerebrospinal fluid (CSF) of AD, MCI (mild cognitive impairment), and control subjects. By using innovative ELISA and modified thioflavin S binding assay on CSF samples, we will also assess the ratio between monomer and oligomer (aggregated) tau species. These new data will be correlated to clinical, neuropsychological, and MRI findings; 2) to test the effect of several known and potentially neuroprotective compounds (donepezil, clorgyline, several flavonoids, PF9601N and ASS234, among others) on tau phosphorylation induced by okadaic acid and nocodazole in SH-SY5Y and P19 cell cultures. Tau epitopes phosphorylated at Thr181, Ser199 and Thr231 residues will be analyzed by ELISA, while p-tau epitopes at Thr205, Ser396 and Ser404 will be analyzed by Western blot; and 3) to investigate biochemically and immunocytochemically the trans-synaptic spreading of neurofibrillary degeneration after the injection of tau oligomers in the entorhinal cortex and brainstem of young and aged Lewis rats, as well as the influence of some flavonoid compounds, particularly epigallocatechin gallate (ECGC), on neurofibrillary degeneration spreading.

 

Sažetak projekta

Za Alzheimerovu bolest (AB) ne postoji uzročno liječenje. Budući da su brojni dosadašnji pokušaji liječenja AB temeljeni na amiloidnoj kaskadnoj hipotezi bili neuspješni, usporedo s napretkom razumijevanja njegove uloge u patogenezi AB, tau protein postaje i sve važniji terapijski cilj. Naime, smatra se da je u AB ravnoteža između kinaza i fosfataza tau proteina narušena, što dovodi do njegove hiperfosforilacije. Posljedično se povećava i frakcija tau proteina nevezanih za mikrotubule, pa se hiperfosforilirani tau monomeri vežu jedan za drugoga proizvodeći oligomere. Spajanje tau oligomera dovodi do oblikovanja sparenih uzvojitih filamenata, od kojih se sastoje sve neurofibrilarne promjene za koje je dokumentirano da predstavljaju najraniji neuropatološki događaj (tzv. ''pre-tangle'' stadij) od ključnog značaja za patogenezu AB. Ciljevi našeg projekta su: 1) bolje definirati odnos između bioloških biljega ranih stadija AB: ukupnih i fosforiliranih tau proteina, kao i amioloida ß u cerebrospinalnoj tekućini (likvoru) bolesnika s AD, MCI (blagi spoznajni poremećaj) i kontrolnih ispitanika. Uporabom inovativnog ELISA postupka i modificiranog eseja pomoću tioflavina S, u uzorcima likvora odrediti ćemo omjer između monomera i oligomera (agregata) tau proteina. Ti će novi podatci biti uspoređeni s kliničkim, neuropsihološkim i MRI nalazima; 2) testirati ćemo neke poznate i potencijalno neuroprotektivne spojeve (donepezil, klorgilin, nekoliko različitih flavonoida, te PF9601N i ASS234) na fosforilaciju tau proteina izazvanu okadaičnom kiselinom i nokodazolom u kulturama SH-SY5Y i P19 stanica. Epitope tau proteina fosforilirane na Thr181, Ser199 i Thr231 analizirati ćemo ELISA postupkom, a one na epitopima Thr205, Ser396 i Ser404 pomoću westernske razložbe; i 3) istražit ćemo biokemijski i imunocitokemijski transsinaptičko širenje neurofibrilarne degeneracije nakon injekcije tau oligomera u entorinalnu moždanu koru i moždano deblo mladih i starih Lewis štakora, te utjecaj odabranih flavonoida, napose epigalokatehin galata (EGCG) na spriječavanje navedenog širenja.

 

 

Project publications / Publikacije proistekle iz projekta

 

12. X. 2015 - 11. X. 2016

Babić Leko M, Borovečki F, Jurasović J, Orct T, Hof PR, Šimić G. Macro and microelements as biomarkers of mild cognitive impairment. XI Conference of the International Society for Trace Element Research in Humans, Dubrovnik 18-22. X. 2015, J. Trace Elem. Med. Biol. 2015; 32S: 7 (I.F. = 2.371)

Babić Leko M, Borovečki F, Jurasović J, Orct T, Hof PR, Šimić G. Macro and microelements and Alzheimer’s disease protein biomarkers in cerebrospinal fluid. Dubrovnik 18-22. X. 2015, J. Trace Elem. Med. Biol. 2015; 32S: 7 (I.F. = 2.371)

Šimić G, Babić Leko M, Wray S, Harrington C, Delalle I, Jovanov-Milošević N, Bažadona D, Buée L, de Silva R, Di Giovanni G, Wischik C, Hof PR. Tau protein hyperphosphorylation and aggregation in Alzheimer’s disease and other tauopathies, and possible neuroprotective strategies. Biomolecules 2016; 6 (1): E6.

Babić Leko M, Borovečki F, Dejanović N, Hof PR, Šimić G. Predictive value of cerebrospinal fluid visinin-like protein-1 levels for Alzheimer's disease early detection and differential diagnosis in patients with mild cognitive impairment J. Alzheimers Dis. 2016; 50: 765-778. (I.F. = 4.151)

Šimić G, Babić Leko M., Bažadona D, Benković V, Boban M, Borovečki F, Čirko A, Đikić D, Jazvinšćak-Jembrek M, Klepac N, Oršolić N, Petelin Gadže Ž, Hof PR. Acetylation of tau protein at Lys274 in argyrophilic grain disease and Alzheimer’s disease (2016) Book of abstracts of the 10th FENS Forum of Neuroscience, Copenhagen, Denmark, p. 231 poster poster certificate

Šimić G. Argyrophilic grain disease (Braak's dementia): an underestimated tauopathy and key to understanding Alzheimer's disease. Neurologia Croatica 2016; 65 (Suppl. 2): 38.

Babić Leko M., Jurasović J., Nikolac Perković M, Orct T., Pivac N., Klepac N., Borovečki F., Klarica M., Hof P.R., Šimić G. Relationships of zinc and copper CSF levels and APOE genotype in Alzheimer's disease. Neurologia Croatica 2016; 65 (Suppl. 2): 87-88.

Babić Leko M., Borovečki F., Dejanović N., Hof P.R., Šimić G. Value of cerebrospinal fluid visinin-like protein-1 (VILIP-1) for prediction of mild cognitive impairment progression to Alzheimer's disease. Neurologia Croatica 2016; 65 (Suppl. 2): 94.

Babić Leko M., Nikolac Perković M., Klepac N., Borovečki F., Pivac N., Šimić G. Combination of CSF protein biomarkers and BDNF, IL10, and IL6 genotypes in early diagnosis of Alzheimer's disease. Neurologia Croatica 2016; 65 (Suppl. 2): 95.

Bažadona D., Krbot Škorić M., Klepac N., Šimić G. Oštećenje prostorne orijentacije u blagom kognitivnom poremećaju i Alzheimerovoj bolesti / Spatial disorientation in mild cognitive impairment and Alzheimer's disease. Neurologia Croatica 2016; 65 (Suppl. 2): 96.

 

 

12. X. 2016 - 11. X. 2017.

Mladinov, M., Sedmak G., Fuller H.R., Babić Leko, M., Mayer, D., Kirincich, J., Štajduhar, A., Borovečki, F., Hof, P.R., Šimić, G. Gene expression profiling of the dorsolateral and medial orbitofrontal cortex in schizophrenia (2016) Translational Neuroscience, 7: 139-150. (i.f. = 1.012)

Šimić G, Babić Leko M, Wray S, Harrington C, Delalle I, Jovanov-Milošević N, Bažadona D, Buée L, de Silva R, Di Giovanni G, Wischik C, Hof PR. Monoaminergic Neuropathology in Alzheimer's disease. Progress in Neurobiology 2017; 151: 101-138 (I.F. = 13.177)

Babić Leko, M., Bažadona, D., Šimić, G. Metode rane dijagnostike Alzheimerove bolesti / Methods for early detection of Alzheimer's disease (poglavlje u knjizi / book chapter) U: “Alzheimerova bolest i druge demencije: rano otkrivanje i zaštita zdravlja (Alzheimer's disease and other dementias: early detection and health care” (ur. /eds.Tomek-Roksandić S., Mimica N., Kušan Jukić M.), Medicinska naklada, Zagreb, 2017, pp. 56-62.

Šimić G, Babić Leko M. Neurovaskularna jedinica, mikrokrvarenja, limfatički i glimfatički sustav kao ishodišta za nastanak moždanog udara, Alzheimerove bolesti, autoimunog encefalitisa i multiple skleroze, Praktičan pristup bolesniku s demencijom: vaskularni kognitivni poremećaji, vaskularna demencija i Alzheimerova bolest, poslijediplomski tečaj stalnog medicinskog usavršavanja I. kategorije, 21. travnja 2017. Medicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Zagreb, priručnik pp. 19-29.

Boban M., Babić Leko M., Langer Horvat L., Šimić G. SH-SY5Y neuroblastoma cells treated with phosphatase inhibitor okadaic acid express high molecular weight tau species, 1st EuroTauMeeting, Lille, 27-28. travnja 2017. poster abstract

Herrera-Molina R., Mlinac-Jerković K., Ilić K., Stöber F., Kumar Vemula S., Sandoval M., Jovanov Milošević N., Šimić G., Smalla K-H., Goldschmidt J., Kalanj Bognar S., Montag D. Neuroplastin deletion in glutamatergic neurons impairs selective brain functions and calcium regulation: implication for cognitive deterioration. Scientific Reports 2017; 7: 7273 (I.F. = 5.228) RG link PubMed

Mirjana Babić Leko. Prediktivna vrijednost bioloških biljega u ranom otkrivanju i diferencijalnoj dijagnozi Alzheimerove bolesti. Disertacija, 5. lipnja 2017.

Đikić D., Jutric D, Dominko K. The dual nature of the antiepileptic drug valproic acid, with possible beneficial effects in Alzheimer’s disease. Southeastern European Medical Journal, 2017; 1: 74-89.

Šimić G., The need for reliable biomarkers for monitoring potential treatments in Alzheimer's disease. Xjenza Online 5, Special Issue COST, p. 87 (+ Neuropathology and Neuropharmacology of Monoaminergic Systems, Bordeaux meeting report pp. 68-71) reprinted

Šimić G. Involvement of lymphatic and glymphatic systems in Alzheimer's disease. Xjenza Online 5, Special Issue MNS, pp. 166-167.

Babić Leko M.*, Nikolac Perković M.*, Langer Horvat L., Klepac N., Borovečki F., Hof P.R., Pivac N., Šimić G., Cerebrospinal fluid and genetic biomarkers in early detection of Alzheimer's disease. Xjenza Online 5, Special Issue MNS, pp. 207-208. (*equally contributed authors)

 

12. X. 2017. - 11. X. 2018.

 

 

12. X. 2018. - 11. X. 2019.

 

 

Presentations related to the project / Predavanja i prezentacije projekta

 

12. X. 2015. - 11. X. 2016.

 

Babić Leko M. Macro and microelements as biomarkers of mild cognitive impairment, Congress "Recent advances in trace element research in health and disease", 18-22 Oct 2015, Dubrovnik, Croatia ppt

Šimić G. Fresh ideas on architecture of cognitive processing and Alzheimer's disease pathogenesis: possibilities for translation into clinical practice, 3. XI. 2015. Symposium "Partnering for impact in global and public health", Medical University of South Carolina, Charleston, USA ppt abstract

Šimić G. Strategija ranog otkrivanja Alzheimerove bolesti. Prva edukativna konferencija o Alzheimerovoj bolesti EdukAl 2015, Zagreb 7-8. prosinca 2015. Zbornik sažetaka, p. 7 ppt

Šimić G. Epigenomika Alzheimerove bolesti. Simpozij: Izazovi i smjerovi suvremenog istraživanja mozga, Zagreb 16. ožujak 2016. ppt Priopćenje

Šimić G. Biomarkeri u dijagnostici frontotemporalnih demencija (FTD) i Alzheimerove bolesti (AD), Zagreb, 20. svibnja 2016. ppt poglavlje u knjizi

intervju u ZG-magazinu

Borovečki F. Demencija s Lewyjevim tjelešcima u kliničkoj praksi. Neurologia Croatica 2016; 65 (Suppl. 2): 67. Hrvatski kongres o Alzheimerovoj bolesti CROCAD-16 s međunarodnim sudjelovanjem i Sastanak Mediteranske Alzheimer alijanse, Tučepi 5-8. listopada 2016. ppt

Šimić G. Argyrophilic grain disease (Braak's dementia): an underestimated tauopathy and key to understanding Alzheimer's disease. Neurologia Croatica 2016; 65 (Suppl. 2): 38. Hrvatski kongres o Alzheimerovoj bolesti CROCAD-16 s međunarodnim sudjelovanjem i Sastanak Mediteranske Alzheimer alijanse, Tučepi 5-8. listopada 2016. ppt

Babić Leko M., Jurasović J., Nikolac Perković M, Orct T., Pivac N., Klepac N., Borovečki F., Klarica M., Hof P.R., Šimić G. Relationships of zinc and copper CSF levels and APOE genotype in Alzheimer's disease. Neurologia Croatica 2016; 65 (Suppl. 2): 87-88. Hrvatski kongres o Alzheimerovoj bolesti CROCAD-16 s međunarodnim sudjelovanjem i Sastanak Mediteranske Alzheimer alijanse, Tučepi 5-8. listopada 2016. poster Nagrada za najbolji poster kongresa u području temeljnih znanosti

Babić Leko M., Borovečki F., Dejanović N., Hof P.R., Šimić G. Value of cerebrospinal fluid visinin-like protein-1 (VILIP-1) for prediction of mild cognitive impairment progression to Alzheimer's disease. Neurologia Croatica 2016; 65 (Suppl. 2): 94. Hrvatski kongres o Alzheimerovoj bolesti CROCAD-16 s međunarodnim sudjelovanjem i Sastanak Mediteranske Alzheimer alijanse, Tučepi 5-8. listopada 2016. poster

Babić Leko M., Nikolac Perković M., Klepac N., Borovečki F., Pivac N., Šimić G. Combination of CSF protein biomarkers and BDNF, IL10, and IL6 genotypes in early diagnosis of Alzheimer's disease. Neurologia Croatica 2016; 65 (Suppl. 2): 95. Hrvatski kongres o Alzheimerovoj bolesti CROCAD-16 s međunarodnim sudjelovanjem i Sastanak Mediteranske Alzheimer alijanse, Tučepi 5-8. listopada 2016. poster

Bažadona D., Krbot Skorić M., Klepac N., Šimić G. Oštećenje prostorne orijentacije u blagom kognitivnom poremećaju i Alzheimerovoj bolesti / Spatial disorientation in mild cognitive impairment and Alzheimer's disease. Neurologia Croatica 2016; 65 (Suppl. 2): 96. Hrvatski kongres o Alzheimerovoj bolesti CROCAD-16 s međunarodnim sudjelovanjem i Sastanak Mediteranske Alzheimer alijanse, Tučepi 5-8. listopada 2016. poster

 

 

12. X. 2016. - 11. X. 2017.

Šimić G. Možemo li transkranijskom magnetskom stimulacijom liječiti Alzheimerovu bolest? Druga edukativna konferencija o Alzheimerovoj bolesti EdukAl 2016, Zagreb, 10-11. studenog 2016. Zbornik sažetaka p. 7 ppt

Šimić G. Mozak i starenje: promjene povezane s menopauzom. Drugi hrvatski kongres menopauzalne medicine s međunarodnim sudjelovanjem, Zagreb, 18-19. studenog 2016. ppt

16. Tjedan mozga (Brain Awareness Week) - Tribina "Mozak i prostor", Zagreb, 15. ožujka 2017 ppt

Oko znanosti HR Prvi program 10. ožujka 2017. Mozak i prostor

HAZU Simpozij o istraživanjima i bolestima mozga, Zagreb, 16. ožujka 2017: First 30 years: when aging begins? Knjiga sažetaka pp. 18-23

Utjecaj interneta na kognitivne sposobnosti. HRT Emisija Znanstveni krugovi 21. travnja 2017.

Šimić G. Digitalna demencija kao uzrok preuranjenog kognitivnog urušavanja. Javna tribina, Europski Dom, Zagreb, 11. svibnja 2017. ppt ZG-magazin¸

Okrugli stol ponedjeljkom HR Treći program 22. svibnja 2017. tema Digitalna demencija, gosti: Igor Ćatić, Goran Šimić, Tara Beata Racz

Šimić G. Quantitative modeling of cognitive decline. Workshop on Quantitative Modeling in Biomedicine, June 5-7, 2017,
Department of Mathematics, Faculty of Science, Zagreb, Croatia
ppt

Šimić G. Autorstvo.. i kako ga steći. Medical Information Conference Croatia 2017, June 7, University of Zagreb Medical School, Croatia ppt

Babić Leko M.*, Nikolac Perković M.*, Langer Horvat L., Klepac N., Borovečki F., Hof P.R., Pivac N., Šimić G., Cerebrospinal fluid and genetic biomarkers in early detection of Alzheimer's disease. Xjenza Online 5, Special Issue MNS, pp. 207-208. poster (*equally contributed authors)

Šimić G. Lymphatic and glymphatic systems as origin points for Alzheimer's disease. 6th Mediterranean Neuroscience Conference, St. Julian's, Malta, 12-15 June 2017, invited lecture ppt

Babić Leko M. The blood-brain barrier: a novel target for treatment of Alzheimer's disease. 21st Young Neuroscientist Meeting, Zagreb, 29th June 2017. ppt

 

12. X. 2017. - 11. X. 2018.

 

 

12. X. 2018. - 11. X. 2019.

 

 

 

Please send questions related to the project to / Molimo šaljite pitanja vezana uz projekt na

goransimic@hotmail.com

 

 

page last updated on 19th August 2017 / stranica zadnji put obnovljena 19. kolovoza 2017.

Hvala na posjeti - Thank you for coming!