Detection of low-abundance serum proteins associated with cardiovascular diseases for prognostic purposes / Rilevazione di proteine sieriche a bassa abbondanza associate a malattie cardiovascolari a fini prognostici

Detection of low-abundance serum proteins associated with cardiovascular diseases for prognostic purposes / Rilevazione di proteine sieriche a bassa abbondanza associate a malattie cardiovascolari a fini prognostici

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Classic risk factors of cardiovascular diseases have limitations as predictive and prognostic tools.

 As the leading cause of death in the United States and worldwide, cardiovascular disease (CVD) includes a family of diseases that affect the heart and blood vessels. 

The primary origin of CVD is most often atherosclerotic in nature, in which fatty plaque deposits line arteries and obstruct circulation of blood. 

The etiology of CVD is multifactorial and is shaped by the interaction of genes and environment and further influenced by age and gender. 

Since its initiation in 1948, the Framingham Heart Study has identified measurable elements or characteristics that are associated with the occurrence or prediction of CVD, collectively termed risk factors. 

Classic risk factors associated with CVD include conditions like hypertension, hyperlipidemia, and diabetes, yet many individuals with CVD do not present with any of the classic risk factors. 

There are, therefore, limitations to using risk factors alone as prognostic tools for CVD. 

There is thus a substantial need to identify biomarkers that complement existing clinically relevant indicators.

Circulating protein biomarkers offer a reliable tool for prediction of cardiovascular diseases 

Circulating proteins offer a promising source for CVD biomarkers as proteins associated with atherosclerosis and myocardial fibrosis are released in blood. 

To this end, multi-protein biomarker panels have been employed to study whether prediction of risk for CVD can be improved using discovery and known target-based proteomic assays with mass spectrometry. 

However, mass spectrometry-based approaches suffer from bias towards more abundant proteins.

 This is a particularly important obstacle considering that the human blood proteome is estimated to consist of thousands of protein molecules, many of which are pathologically relevant to CVD but are present in very low abundance (nanomolar range or less). 

Similarly, multiplexing of antibody-based assays for capture and detection of targets is limited by cross-reactivity. 

The SomaScan® Assay overcomes the limitations of poor detection resolution and non-specificity by using SOMAmer® reagents, short oligonucleotides with amino acid-like side chains, which can bind to proteins with high sensitivity and specificity over an 10-log dynamic range. 

The SomaScan Assay is thus an unbiased multiplex approach for detecting novel blood biomarkers that can shed light on causal disease pathways and help stratify individuals for prognostic and predictive purposes. 

There are more than 25 publications in which the SomaScan Assay was used to probe cardiovascular disease to date-a few key manuscripts are highlighted in the proceeding section.

 Using the SomaScan Assay for accurate identification of proteins associated with CVD risk and outcome.

 One of the first applications of SOMAmer-based detection of proteins associated with CVD using the SomaScan Assay was led by Drs. Robert Gerszten, Steven Carr, and colleagues at Harvard University.

 In a publication resulting from the collaboration, Ngo et al. describe the identification of biomarkers for early myocardial injury in 15 individuals undergoing septal ablation treatment for abnormal thickness of heart muscle, or hypertrophic cardiomyopathy. 

The ablation treatment regimen produces a localized injury (infarct) of the thickened portion of the heart and is therefore useful as a model for studying circulating proteins resulting from heart injury. 

Of the 1,129 proteins that were measured by Ngo et al. using the SomaScan Assay, 217 were changed in response to the planned heart injury. 

Seventy-nine (79) of these were validated in a second cohort as having positive association with myocardial infarction. 

Both novel and previously characterized biomarkers associations with CVD were identified from this approach. 

In a similar study, Gerszten and colleagues used a further expanded version of the assay platform to measure 4,783 distinct protein analytes. 

The latter study by Jacob et al. identified and validated 29 proteins from the planned MI study that were also elevated in patients with spontaneous myocardial infarction. 

They also discovered biomarkers that had been previously reported to function in cardiac mechanotransduction and hypertension.

 The SomaScan Assay has also been used to corroborate and expand on genomic studies of CVD via the identification of gene locus-protein associations. 

Howsen et al. identified 15 novel gene variants that are associated with coronary artery disease. 

Two of these variants were associated with altered plasma protein abundance, including a protein with roles in regulating cholesterol metabolism. 

Similarly, 120 gene locus-protein associations were identified in a different study involving over 2000 participants. 

One of the gene variants identified reduced plasma levels of a ApoE linked to circulating cholesterol and this was experimentally validated in cultured human liver cells.

For risk stratification in stable coronary heart disease, SomaLogic derived and validated a 9-protein model using a subset of the 1129 proteins measured, to predict 4 year cardiovascular outcomes with superior performance to the best combination of risk factors and lab measurements (Ganz et al.18).

 Most recently, a proteomics study using the SomaScan Assay was used in conjunction with the Framingham Heart Study Offspring to identify biomarkers for atrial fibrillation in 1,885 participants.

 This study identified 8 proteins associated with AF, none of which had been previously associated with risk for AF20. 

Future potential of the SomaScan assay

Blood biomarkers for CVD risk can also be studied in other conditions that predispose individuals to CVD as was the case for a previous study of Duchenne Muscular Dystrophy (DMD), in which elevated levels of the protein ST2 were identified in DMD patients that suffered from cardiomyopathy. 

Such studies would particularly benefit from the SomaScan Platform for time course monitoring of protein concentration changes, which can provide critical information regarding strategies for intervention within appropriate time frames. 

While the body of work applying the SomaScan Assay to cardiovascular disease research is currently impressive and growing, there is much that we can continue to learn-especially now that the menu of analytes has grown to 7,000 unique protein measurements. 

The SomaScan Platform has already been used to study health status in a huge range of areas from cancer to aging to CVD, some of the most interesting results have led to diagnostic, prognostic and predictive tests, currently available as SomaSignal™ tests. 

These multi-protein tests are not only available to pharmaceutical and academic researchers to yield new insights in heath information but are now also available to the general health care practitioner as a laboratory developed test, heralding a new era of health and wellness management.

ITALIANO

I classici fattori di rischio delle malattie cardiovascolari hanno limitazioni come strumenti predittivi e prognostici.

 Essendo la principale causa di morte negli Stati Uniti e nel mondo, le malattie cardiovascolari (CVD) comprendono una famiglia di malattie che colpiscono il cuore ed i vasi sanguigni.

L'origine primaria della CVD è più spesso di natura aterosclerotica, in cui i depositi di placca grassa rivestono le arterie e ostacolano la circolazione del sangue.

L'eziologia della CVD è multifattoriale ed è modellata dall'interazione di geni e ambiente ed è ulteriormente influenzata dall'età e dal sesso.

Sin dal suo inizio nel 1948, il Framingham Heart Study ha identificato elementi o caratteristiche misurabili associati all'insorgenza o alla previsione di malattie cardiovascolari, denominati collettivamente fattori di rischio.

I classici fattori di rischio associati alla CVD includono condizioni come ipertensione, iperlipidemia e diabete, tuttavia molti individui con CVD non presentano nessuno dei classici fattori di rischio.

Esistono, quindi, limitazioni all'utilizzo dei soli fattori di rischio come strumenti prognostici per le malattie cardiovascolari.

Vi è quindi una sostanziale necessità di identificare biomarcatori che integrino gli indicatori clinicamente rilevanti esistenti.

I biomarcatori delle proteine ​​circolanti offrono uno strumento affidabile per la previsione delle malattie cardiovascolari

Le proteine ​​circolanti offrono una fonte promettente per i biomarcatori CVD poiché le proteine ​​associate all'aterosclerosi e alla fibrosi miocardica vengono rilasciate nel sangue.

A tal fine, sono stati impiegati pannelli di biomarcatori multiproteici per studiare se la previsione del rischio di CVD può essere migliorata utilizzando la scoperta e saggi proteomici basati su target noti con spettrometria di massa.

Tuttavia, gli approcci basati sulla spettrometria di massa soffrono di pregiudizi verso proteine ​​più abbondanti.

 Questo è un ostacolo particolarmente importante considerando che si stima che il proteoma del sangue umano sia costituito da migliaia di molecole proteiche, molte delle quali sono patologicamente rilevanti per la CVD ma sono presenti in abbondanza molto bassa (range nanomolare o meno).

Allo stesso modo, il multiplexing di saggi basati su anticorpi per la cattura ed il rilevamento di bersagli è limitato dalla reattività crociata.

Il SomaScan® Assay supera i limiti della scarsa risoluzione e della non specificità di rilevamento utilizzando i reagenti SOMAmer®, brevi oligonucleotidi con catene laterali simili agli amminoacidi, che possono legarsi a proteine ​​con elevata sensibilità e specificità su un intervallo dinamico di 10 log.

Il SomaScan Assay è quindi un approccio multiplex imparziale per rilevare nuovi biomarcatori del sangue che possono far luce sui percorsi causali della malattia ed aiutare a stratificare gli individui per scopi prognostici e predittivi.

Ci sono più di 25 pubblicazioni in cui il SomaScan Assay è stato utilizzato per sondare le malattie cardiovascolari fino ad oggi - alcuni manoscritti chiave sono evidenziati nella sezione del procedimento.

 Utilizzo del SomaScan Assay per l'identificazione accurata delle proteine ​​associate al rischio e all'esito CVD.

 Una delle prime applicazioni del rilevamento basato su SOMAmer di proteine ​​associate a CVD utilizzando il SomaScan Assay è stata condotta dai Drs. Robert Gerszten, Steven Carr e colleghi dell'Università di Harvard.

 In una pubblicazione risultante dalla collaborazione, Ngo et al. descrivono l'identificazione di biomarcatori per danno miocardico precoce in 15 individui sottoposti a trattamento di ablazione del setto per spessore anomalo del muscolo cardiaco o cardiomiopatia ipertrofica.

Il regime di trattamento dell'ablazione produce una lesione localizzata (infarto) della porzione ispessita del cuore ed è quindi utile come modello per lo studio delle proteine ​​circolanti derivanti dalla lesione cardiaca.

Delle 1.129 proteine ​​misurate da Ngo et al. utilizzando il SomaScan Assay, 217 sono stati modificati in risposta alla lesione cardiaca pianificata.

Settantanove (79) di questi sono stati convalidati in una seconda coorte come aventi un'associazione positiva con infarto miocardico.

Con questo approccio sono state identificate associazioni di biomarcatori nuovi e precedentemente caratterizzati con CVD.

In uno studio simile, Gerszten e colleghi hanno utilizzato una versione ulteriormente ampliata della piattaforma di analisi per misurare 4.783 analiti proteici distinti.

Quest'ultimo studio di Jacob et al. identificato e convalidato 29 proteine ​​dallo studio MI pianificato che erano anche elevate in pazienti con infarto miocardico spontaneo.

Hanno anche scoperto biomarcatori che erano stati precedentemente segnalati per funzionare nella meccanotrasduzione cardiaca e nell'ipertensione.

 Il SomaScan Assay è stato utilizzato anche per corroborare ed espandere gli studi genomici della CVD attraverso l'identificazione di associazioni gene locus-proteina.

Howsen et al. identificato 15 nuove varianti geniche associate alla malattia coronarica.

Due di queste varianti erano associate ad un'alterata abbondanza di proteine ​​plasmatiche, inclusa una proteina con ruoli nella regolazione del metabolismo del colesterolo.

Allo stesso modo, sono state identificate 120 associazioni gene locus-protein in un diverso studio che ha coinvolto oltre 2000 partecipanti.

Una delle varianti del gene ha identificato livelli plasmatici ridotti di un'ApoE legata al colesterolo circolante e questo è stato convalidato sperimentalmente in cellule epatiche umane coltivate.

Per la stratificazione del rischio nella malattia coronarica stabile, SomaLogic ha derivato e convalidato un modello a 9 proteine ​​utilizzando un sottoinsieme delle 1129 proteine ​​misurate, per prevedere gli esiti cardiovascolari a 4 anni con prestazioni superiori alla migliore combinazione di fattori di rischio e misurazioni di laboratorio (Ganz et al. .18).

 Più di recente, uno studio di proteomica che utilizza il SomaScan Assay è stato utilizzato in collaborazione con il Framingham Heart Study Offspring per identificare i biomarcatori per la fibrillazione atriale in 1.885 partecipanti.

 Questo studio ha identificato 8 proteine ​​associate all'AF, nessuna delle quali era stata precedentemente associata al rischio di AF20.

Potenziale futuro del test SomaScan 

I biomarcatori ematici per il rischio di CVD possono essere studiati anche in altre condizioni che predispongono gli individui a CVD, come nel caso di un precedente studio sulla distrofia muscolare di Duchenne (DMD), in cui sono stati identificati livelli elevati della proteina ST2 in Pazienti con DMD che soffrivano di cardiomiopatia.

Tali studi trarrebbero particolare beneficio dalla piattaforma SomaScan per il monitoraggio dell'andamento temporale delle variazioni della concentrazione proteica, che può fornire informazioni critiche sulle strategie di intervento entro tempi adeguati.

Mentre il corpo di lavoro che applica il SomaScan Assay alla ricerca sulle malattie cardiovascolari è attualmente impressionante e in crescita, c'è molto che possiamo continuare a imparare, specialmente ora che il menu di analiti è cresciuto fino a 7.000 misurazioni proteiche uniche.

La piattaforma SomaScan è già stata utilizzata per studiare lo stato di salute in una vasta gamma di aree, dal cancro all'invecchiamento alle malattie cardiovascolari, alcuni dei risultati più interessanti hanno portato a test diagnostici, prognostici e predittivi, attualmente disponibili come test SomaSignal™.

Questi test multiproteici non sono disponibili solo per i ricercatori farmaceutici e accademici per fornire nuove informazioni sulle informazioni sulla salute, ma sono ora disponibili anche per il medico generico come test sviluppato in laboratorio, annunciando una nuova era di gestione della salute e del benessere.

Da:

https://offers.the-scientist.com/hubfs/TS_PPL_SomaLogic_Cardiovascular%20Disease_White%20Paper/CVD%20White%20Paper_1.22.21.pdf?hsCtaTracking=28824bfb-cbd2-4bdc-bcae-c5afa9cf65ed%7C76d1a294-fa70-4603-b6c8-080a0afcbff1