Open Access
Liquid biopsy in alzheimer's disease patients reveals epigenetic changes in the PRLHR gene
(MDPI, 2023) Macías, Mónica; Acha Santamaría, Blanca; Corroza, Jon; Urdánoz Casado, Amaya; Roldán, Miren; Robles Solano, Maitane; Sánchez Ruiz de Gordoa, Javier; Erro Aguirre, María Elena; Jericó Pascual, Ivonne; Blanco Luquin, Idoia; Mendióroz Iriarte, Maite; Ciencias de la Salud; Osasun Zientziak
In recent years, new DNA methylation variants have been reported in genes biologically relevant to Alzheimer’s disease (AD) in human brain tissue. However, this AD-specific epigenetic information remains brain-locked and unreachable during patients’ lifetimes. In a previous methylome performed in the hippocampus of 26 AD patients and 12 controls, we found higher methylation levels in AD patients in the promoter region of PRLHR, a gene involved in energy balance regulation. Our aim was to further characterize PRLHR’s role in AD and to evaluate if the liquid biopsy technique would provide life access to this brain information in a non-invasive way. First, we extended the methylation mapping of PRLHR and validated previous methylome results via bisulfite cloning sequencing. Next, we observed a positive correlation between PRLHR methylation levels and AD-related neuropathological changes and a decreased expression of PRLHR in AD hippocampus. Then, we managed to replicate the hippocampal methylation differences in plasma cfDNA from an additional cohort of 35 AD patients and 35 controls. The isolation of cfDNA from the plasma of AD patients may constitute a source of potential epigenetic biomarkers to aid AD clinical management.
Open Access
Association of blood-based DNA methylation markers with late-onset alzheimer disease: a potential diagnostic approach
(Lippincott Williams & Wilkins, 2023) Acha Santamaría, Blanca; Corroza, Jon; Sánchez Ruiz de Gordoa, Javier; Cabello, Carolina; Robles Solano, Maitane; Méndez López, Iván; Macías, Mónica; Zueco, Sara; Roldán, Miren; Urdánoz Casado, Amaya; Jericó Pascual, Ivonne; Erro Aguirre, María Elena; Alcolea, Daniel; Lleo, Alberto; Blanco Luquin, Idoia; Mendióroz Iriarte, Maite; Ciencias de la Salud; Osasun Zientziak
Background and Objectives: There is an urgent need to identify novel noninvasive biomarkers for Alzheimer disease (AD) diagnosis. Recent advances in blood-based measurements of phosphorylated tau (pTau) species are promising but still insufficient to address clinical needs. Epigenetics has been shown to be helpful to better understand AD pathogenesis. Epigenetic biomarkers have been successfully implemented in other medical disciplines, such as oncology. The objective of this study was to explore the diagnostic accuracy of a blood-based DNA methylation marker panel as a noninvasive tool to identify patients with late-onset Alzheimer compared with age-matched controls. Methods: A case-control study was performed. Blood DNA methylation levels at 46 cytosine-guanine sites (21 genes selected after a comprehensive literature search) were measured by bisulfite pyrosequencing in patients with “probable AD dementia” following National Institute on Aging and the Alzheimer's Association guidelines (2011) and age-matched and sex-matched controls recruited at Neurology Department-University Hospital of Navarre, Spain, selected by convenience sampling. Plasma pTau181 levels were determined by Simoa technology. Multivariable logistic regression analysis was performed to explore the optimal model to discriminate patients with AD from controls. Furthermore, we performed a stratified analysis by sex. Results: The final study cohort consisted of 80 patients with AD (age: median [interquartile range] 79 [11] years; 58.8% female) and 100 cognitively healthy controls (age 77 [10] years; 58% female). A panel including DNA methylation levels at NXN, ABCA7, and HOXA3 genes and plasma pTau181 significantly improved (area under the receiver operating characteristic curve 0.93, 95% CI 0.89–0.97) the diagnostic performance of a single pTau181-based model, adjusted for age, sex, and APOE ɛ4 genotype. The sensitivity and specificity of this panel were 83.30% and 90.00%, respectively. After sex-stratified analysis, HOXA3 DNA methylation levels showed consistent association with AD. Discussion: These results highlight the potential translational value of blood-based DNA methylation biomarkers for noninvasive diagnosis of AD. Registration Information: Research Ethics Committee of the University Hospital of Navarre (PI17/02218).
Embargo
Identificación de biomarcadores epigenéticos de metilación del DNA en la sangre periférica de pacientes con enfermedad de Alzheimer
(2024) Acha Santamaría, Blanca; Mendióroz Iriarte, Maite; Blanco Luquin, Idoia; Ciencias de la Salud; Osasun Zientziak
En esta tesis doctoral, se investiga el papel de la metilación del DNA como un potencial biomarcador diagnóstico de la EA, dada la novedad que los mecanismos epigenéticos han supuesto en la búsqueda de biomarcadores en la última década. Para su desarrollo, se plantea una aproximación de gen candidato. Tras una extensa revisión bibliográfica, se seleccionaron 21 genes candidatos, cuyos niveles de metilación del DNA se midieron mediante la técnica de pirosecuencación por bisulfito en un grupo de 80 pacientes con EA y 100 controles. El análisis estadístico identificó 11 posiciones (CpGs) de metilación diferencial entre pacientes y controles. Con estos resultados se construyó un modelo de regresión logística multivariable que incluyó las posiciones diferencialmente metiladas (Differentially Methylated Positions, DMPs) identificadas en los genes NXN, TREML2, ABCA7 y HOXA3, cuya capacidad de discriminación de pacientes con EA fue del 87%. La construcción de un modelo de regresión logística donde se combinaron las marcas de metilación del DNA y pTau181 plasmático, con una capacidad de discriminación del 93%, mejoró la capacidad diagnóstica de pTau181 plasmático (85%), considerada la herramienta diagnóstica plasmática más promotedora hasta la fecha. El sexo y el genotipo APOE son, junto con la edad, los principales factores de riesgo (FR) de la EA, por lo que se estudió su asociación con las marcas de metilación del DNA identificadas en este estudio. Se encontraron marcas de metilación del DNA diferenciales entre pacientes con EA y controles en función del sexo y del genotipo APOE. Curiosamente, los niveles de metilación de la CpG localizada en el gen HOXA3 Chr7:27153577 mostraron diferencias estadísticamente significativas entre pacientes con EA y controles en la cohorte global y en todos los grupos tras la estratificación por sexo y genotipo APOE. Además, también mostraron correlación con la variable que refleja el estado cognitivo, el MMSE, y con los niveles de pTau181 plasmático, postulándose como una herramienta prometedora en la mejora de la precisión diagnóstica de la EA como parte de un panel de biomarcadores en sangre periférica. A su vez, las DMPs localizadas en los genes IRS2, HAND2 y RHBDF2 correlacionaron con los niveles de los biomarcadores core de líquido cefalorraquídeo (LCR) en los pacientes con EA de nuestra cohorte iBEAS, sin ser validados en una cohorte externa cedida por el Hospital Sant Pau (Barcelona). Como conclusión, este trabajo muestra la existencia de marcas de metilación del DNA en la sangre como potenciales herramientas en la mejora de la capacidad diagnóstica en la EA, ntegrados en paneles de biomarcadores periféricos. Además, estos resultados apoyan la posible implicación de la metilación del DNA en la patología de la EA.

Acha Santamaría, Blanca

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