Detektion von pathologischen α-Synukleinaggregaten in der Unterkieferspeicheldrüse zur Diagnose der Parkinson-Krankheit

Abstract

Trotz der Einführung gut definierter Diagnosekriterien, bleibt die klinische Diagnose der idiopa-thischen Parkinson-Krankheit und Lewy-Körperchen Demenz, vor allem im frühen Stadium der Erkrankung, weiterhin anspruchsvoll. Eine zentrale Herausforderung der Parkinson-Forschung besteht daher darin, zuverlässige Biomarker für die Diagnose zu identifizieren und zu validie-ren. In dieser Studie wurde die Eignung der Unterkieferspeicheldrüsenbiopsie für Diagnose der idiopathischen Parkinson-Krankheit und Lewy-Körperchen Demenz überprüft. Dafür wurde das Vorkommen der α-Synukleinaggregaten in der Unterkieferspeicheldrüse untersucht und die verschiedenen Methoden zum Nachweis dieser Aggregate für die Unterkieferspeicheldrüse adaptiert und miteinander verglichen. Bei 12 von 14 Fällen der Untersuchungsgruppe ließen sich unabhängig von der Nachweisme-thode oder dem verwendeten Antikörper immunreaktive Strukturen nachweisen. Es wurde je-doch gezeigt, dass durch eine hohe Proteinase K Konzentration bei der Vorbehandlung und durch die Bindungsfähigkeit der Nitrozellulosemembran die Paraffin Embedded Tissue Blot (PET-Blot) Färbung in der Lage ist, deutlich mehr Aggregate zu detektieren als die konventio-nelle Immunhistochemie. Da die Ergebnisse daraufhin deuten, dass nicht alle α-Synukleinaggregate mit einem Antikörper gegen phosphoryliertes α-Synuklein markiert werden können, sollte im Rahmen der neuropathologischen Diagnostik die PET-Blot Färbung mit dem 10D2 Antikörper verwendet werden. Die Menge der mit dieser Methode sichtbar gemachten α-Synukleinaggregate ist im Vergleich zu den anderen Methoden deutlich größer. Die Größe der Biopsie ist ein entscheidender Parameter. In dieser Studie konnte gezeigt wer-den, dass die Mindestgröße der Biopsie von der Nachweismethode und dem verwendeten Antikörper abhängt. Die für die Detektion der α-Synuklein-Pathologie mit der PET-Blot Färbung mit dem 10D2 Antikörper ausgerechnete Gewebs-Mindestfläche beträgt 6,63 mm². Ein Ge-websstück mit solcher Schnittfläche kann problemlos mit einer konventionellen Nadelbiopsie gewonnen werden. Die ausgerechneten Mindestgrößen bei Verwendung anderer Nachweis-methoden sind fast doppelt so groß. Darüber hinaus verdeutlichen die Ergebnisse dieser Stu-die, dass α-Synukleinaggregate nicht auf größere Nerven beschränkt sind und in den kleinen Neuriten des Submandibularis-Drüsengewebes in signifikanter Menge nachgewiesen werden können. Demnach können auch Biopsie-Proben ausschließlich mit Drüsenparenchym ohne Nervenfaszikel für eine neuropathologische Diagnose der Parkinson-Krankheit oder Lewy-Körperchen Demenz verwendet werden. Die Ergebnisse dieser Studie weisen darauf hin, dass die Unterkieferspeicheldrüse eine ge-eignete Biopsiestelle für den α-Synuklein-Aggregatnachweis bei der Parkinson-Krankheit und Lewy-Körperchen Demenz Diagnostik ist. Sie liefern zudem grundliegende Informationen zu Nachweismethode und Biopsie-Mindestfläche für weitere Studien an lebenden Patienten. Von besonderer Bedeutung ist der Hinweis, dass nur ein Teil der α-Synukleinaggregate mit einem Antikörper gegen phosphoryliertes α-Synuklein detektiert werden kann. Das abschließende Ziel ist die Ermöglichung der Verwendung der Unterkieferspeicheldrüsen-Nadelbiopsien so-wohl als diagnostischer Biomarker für die idiopathische Parkinson-Krankheit und die Lewy-Körperchen Demenz als auch als Mittel zur Validierung anderer potenzieller Biomarker für diese Krankheiten.

Detection of pathological α-synuclein aggregates in the submandibular gland for the di-agnosis of Parkinson's disease. The sensitivity of clinical diagnosis of Parkinson’s disease (PD) and Lewy body dementia (DLB) especially in the initial phase remains unsatisfactory. A key challenge is therefore to identify and validate biomarkers that would enable a reliable diagnosis at early stages of the disease. In this study the suitability of the submandibular gland for diagnostic biopsies in PD was reviewed and staining methods were compared in their ability to detect α-synuclein ag-gregates. Immunoreactive structures were present in 12 out of 14 diagnostic group cases and in none of the controls regardless of staining method or antibody. It was shown that due to a high pro-teinase K concentration during pretreatment and the binding ability of the nitrocellulose mem-brane, Paraffin-Embedded-Tissue-Blot (PET-Blot) staining is able to detect significantly more aggregates than conventional immunohistochemistry. Because the results indicate that not all α-synuclein aggregates can be labeled with an antibody against phosphorylated α-synuclein, PET-Blot staining with the 10D2 antibody should be used for neuropathological diagnosis. The amount of α-synuclein aggregates visualized by this method was significantly larger compared with the other staining methods The size of the biopsy is a crucial issue. In this study, it was shown that the minimum size of the biopsy depends on the staining method and the antibody used. The minimum tissue size calculated for the detection of α-synuclein pathology in the submandibular gland by PET-Blot staining with the 10D2 antibody is 6.63 mm². A piece of tissue of this size can be easily ob-tained with a conventional needle biopsy. The calculated minimum biopsy size using other methods was almost twice as large. Furthermore, the results of this study illustrate that α-synuclein aggregates are not restricted to larger nerves and can be detected in significant amounts in the small neurites of submandibular gland tissue. Accordingly, biopsy specimens containing only glandular parenchyma without nerve fascicles can also be used for a neuropa-thological diagnosis of PD and DLB. The results of this study indicate the feasibility of submandibular gland needle biopsy for the diagnosis of Parkinson's disease or Lewy body dementia. They also provide essential infor-mation on staining method and biopsy size for further studies especially on living patients. Of particular importance is the indication that only a portion of α-synuclein aggregates can be detected with an antibody against phosphorylated α-synuclein. The final goal is to enable the use of the submandibular gland needle biopsies both as a diagnostic biomarker for iPD and DLB and as means to validate other potential biomarkers for these diseases.