Development of immunoassays on the Simoa platform to detect and differentiate Tau species at very low concentrations

Abstract

Taupatias são um grupo de doenças neurodegenerativas que se caracterizam por demência associada a agregação da proteína Tau, sendo a mais comum a doença de Alzheimer. Tau é uma proteína de ligação aos microtúbulos envolvida na formação, estabilização e espaçamento dos mesmos. Alterações no padrão de fosforilação e outras modificações pós-transcricionais podem reduzir a afinidade de ligação aos microtúbulos e aumentar a capacidade de agregação. No entanto, se é a perda e/ou ganho de função que promovem a neurodegeneração não é ainda completamente conhecido.Embora Tau seja considerada uma proteína intracelular, há cada vez mais estudos que demonstram a existência desta proteína no meio extracelular, sugerindo o seu possível envolvimento na propagação da patologia ao longo do cérebro. O mecanismo de propagação da Tau e o que caracteriza as formas da proteína capazes de se propagar continuam ainda por elucidar. Neste projeto foram desenvolvidos três immunoassays na plataforma Simoa (Single molecule array immunoassay). Um assay para a deteção de Tau total e dois assays capazes de detetar formas fosforiladas. Com estes assays foi possível detetar Tau e Tau fosforilada em ISF (líquido intersticial) cerebral de ratinhos wild-type, apontando para uma possível função extracelular desta proteína. Agora que demonstrámos o potencial do Simoa, será possível caracterizar a Tau extracelular em situação de saúde e doença de modo a aumentar o conhecimento acerca da biologia da proteína Tau, criando novas oportunidades para a validação de biomarcadores e desenvolvimento de novas terapias.

Tauopathies are a group of neurodegenerative disorders characterized by dementia associated with the aggregation of Tau, of which the most common is Alzheimer’s disease. Tau is a microtubule binding protein with a role in assembly, stabilization and spacing of microtubules. Abnormalities in phosphorylation and other post-translational modifications of Tau can decrease microtubule binding and increase aggregation propensity. However, it is still under debate if the loss of Tau function and/or the gain of toxic function of the aggregates are the cause of neurodegeneration.Albeit Tau has always been presented as an intracellular protein, more and more studies show the existence of extracellular Tau and suggest its involvement in the propagation of Tau pathology throughout the brain. The exact mechanism of Tau spread from one cell to the other and the precise characteristics of the Tau species involved, are still not fully elucidated. In this project three sensitive immunoassays were developed on Simoa (single molecule array immunoassay). One to detect total Tau, and two different phospho-Tau assays. With these assays we could detect Tau and phosphorylated Tau in brain ISF (interstitial fluid) from wild-type mice. This observation leads to the hypothesis that Tau might also exert an extracellular function. However, now that we established the potential of the Simoa, extracellular Tau can be further characterized in health and disease to bring new insights on Tau biology and surely create new opportunities for biomarker validation and therapy development.