Biochemical and Biophysical characterization of tau aggregates derived from different research models

Abstract

Imunoterapia com anticorpos monoclonais contra tau para o bloqueio da capacidade de aggregação de aggregados de tau extracelulares está atualmente a ser explorado como uma estratégia de tratamento para a doença de Alzheimer e outras patologias da proteina Tau.Devido ao baixo conhecimento sobre os agregados de tau responsáveis pelos eventos de agregação, não é possível identificar com certeza qual o melhor epítopo para obter a melhor estratégia terapêutica. A biblioteca de anticorpos produzidos na Janssen foi gerada com alvo a differentes espécies de tau: monómeros e agregados de tau humana recombinantes e também agregados extraídos de cérebros post-mortem humanos de pacientes com doença de Alzheimer. A caracterização destes antiorpos em testes de agregação celulares e em modelos animais mostrou claras diferenças na capacidade de inibição de agregação, sugerindo diferenças na exposição dos epítopos nos vários tipos de agregados. Testes de proteólise limitada de agregados de tau fundamentaram a hipótese de que alguns epítopos estão diferencialmente expostos nos agregados provenientes de diferentes fontes. Para complementar, sonicação de aggregados de tau provocaram um aumento da sua capacidade de induzir agregação mas também uma alteração do seu tamanho e aumento da exposeção de alguns epítopos, especialmente próximo do domínio de ligação aos microtúbulos. Particularmente, anticorpos que se ligam próximo a este domínio mostraram que a sua efícacia é dependente das propríedades estruturais dos agregados de tau extraídos de modelos transgénicos ou de cérebros humanos post-mortem com doença de Alzheimer. Os resultados apresentados nesta tese providenciam novo conhecimento sobre o efeito da sonicação na capacidade de agregação de agregados de tau producidos com proteína recombinante ou isolados de modelos animais. Além disso, sugere que vários epítopos estão diferencialmente expostos nos agregados de tau provenientes de modelos animais ou de cérebros humanos de pacientes com doença de Alzheimer. A continuação deste estudo poderá elucidar se estas diferenças podem ser superados pela teoria dos modelos de conformação.

Passive immunization with an anti-tau monoclonal antibody to block seeding by extracellular tau aggregates is currently explored as a disease-modifying strategy for the treatment of Alzheimer’s disease (AD) and other tauopathies. As tau aggregates responsible for the spatio-temporal sequences of seeding events underlying disease progression are poorly defined, it is not yet clear which epitope is preferred for obtaining optimal therapeutic efficacy. The Janssen tau antibody collection has been generated by immunizations with different tau species: aggregated- and non-aggregated tau and human post-mortem AD brain-derived tau fibrils. Evaluation of these antibodies in cellular- and in vivo seeding assays revealed clear differences in maximal efficacy suggesting different epitope exposure in both type of fibrils. Limited proteolysis experiments supported the hypothesis that some epitopes are more exposed than others in the tau seeds. In addition, sonication of tau fibrils, to improve seeding potency, not only caused a shift in size distribution of the tau seeds but also exposed more epitopes close to the microtubule binding domain. In particular for antibodies binding close to this domain, efficacy seems to depend on the structural properties of fibrils purified from tau Tg mice- and post-mortem human AD brain. Data in this thesis provided mechanistic insight on the improved seeding capacity of recombinant and in vivo generated tau seeds after sonication. On top of this, a number of epitopes that are differentially exposed in tau fibrils derived from human AD brain and tau transgenic mice could be identified. More research is needed to verify whether these differences are also seen in other tauopathies as suggested by the conformational templating hypothesis.