Sex specific differences in Alzheimer’s disease and vascular cognitive impairment and dementia plasma biomarkers in healthy individuals

Abstract

Le dimorphisme sexuel dans les processus physiologiques est reconnu depuis longtemps, avec de plus en plus d’études suggérant que ces disparités s'étendent au niveau protéomique. Cependant, il existe un manque notable dans la littérature concernant l'analyse de ces différences dans les protéines associées à la pathologie cérébrovasculaire, empêchant une compréhension complète des processus moléculaires impliqués dans les maladies cérébrovasculaires et le développement de traitements spécifiques au sexe. Cette étude vise à investiguer les différences spécifiques au sexe dans les protéines plasmatiques humaines qui sont exprimées de manière différentielle dans la vasculature cérébrale des modèles murins de maladies neurodégénératives liées à l'âge. En utilisant des échantillons de plasma d'une cohorte diversifié (7 hommes et 7 femmes ; BioIVT (Biospecimens and Research Services)), nous avons éliminé les protéines abondantes et réalisé une protéomique shotgun sur un spectromètre de masse NanoLC couplé à Orbitrap Eclipse Tribrid. Les échantillons dans lesquelles les protéines abondantes n’ont pas été éliminées ont également été analysés. Les niveaux relatifs des protéines ont été ré-analysés en utilisant la protéomique ciblée (monitorage de réaction parallèle, PRM), et les résultats ont été évalués pour les différences spécifiques au sexe en utilisant des méthodes statistiques. La protéomique shotgun a identifié 1 072 protéines, l'épuisement augmentant la sensibilité pour la plupart des protéines. L'analyse PRM a identifié au moins 15 protéines avec des différences spécifiques au sexe significatives, y compris apolipoprotéine E (APOE), cluster de différenciation 14 (CD14), carnosine dipeptidase 1 (CNDP1), chaperon BiP du réticulum endoplasmique (HSPA5), molécule d'adhésion cellulaire vasculaire 1 (VCAM 1). Ces protéines couvrent diverses catégories fonctionnelles, telles que la réponse immunitaire, la régulation métabolique et la santé cardiovasculaire. Les niveaux élevés de protéines spécifiques comme APOE et HSPA5 chez les femmes suggèrent des implications potentielles pour la susceptibilité aux maladies cérébrovasculaires, reflétant les résultats des modèles murins transgéniques de pathologie cérébrovasculaire dans la maladie d'Alzheimer et la VCID. Comprendre ces modèles d'expression protéique spécifiques au sexe dans des échantillons de plasma de personnes en santé est important pour développer des interventions thérapeutiques personnalisées et améliorer les stratégies de soins de santé. Cependant, des travaux futurs sont nécessaires pour valider ces résultats sur des échantillons cliniques afin d'assurer leur applicabilité dans des contextes pathologiques. Sexual dimorphism in physiological processes has long been recognized, with growing evidence suggesting that disparities extend to the proteomic level. However, there is a noticeable gap in the literature when it comes to analyzing these differences in proteins associated with cerebrovascular pathology, which is increasingly considered a contributing factor to Alzheimer's Disease (AD), thereby preventing a full understanding of the molecular processes involved in cerebrovascular diseases and the development of sex-specific treatments. This master’s thesis aims to investigate sex-specific differences in human plasma proteins shown to be differentially expressed in the brain vasculature of mouse models of age-related neurodegenerative diseases. Using plasma samples from a diverse cohort (seven males and seven females; BioIVT (Biospecimens and Research Services)), samples were depleted of their abundant proteins before performing shotgun proteomics on a NanoLC-coupled Orbitrap Eclipse Tribrid Mass Spectrometer. Non-depleted samples were also analyzed. The relative levels of proteins were re-analyzed using targeted proteomics (parallel reaction monitoring, PRM), and results were assessed for sex-specific differences using statistical methods. Shotgun proteomics identified 1,072 proteins, with depletion enhancing sensitivity for most proteins. PRM analysis identified at least 15 proteins with significant sex-specific differences, including apolipoprotein E (APOE), cluster of differentiation 14 (CD14), carnosine dipeptidase 1 (CNDP1), endoplasmic reticulum chaperone BiP (HSPA5), vascular cell adhesion molecule 1 (VCAM1). These proteins, which span various functional areas including immune response, metabolic regulation, and cardiovascular health, were found to be more elevated in females. Elevated levels of specific proteins APOE and HSPA5 in females suggest potential implications for disease susceptibility, mirroring findings in transgenic mice models of cerebrovascular pathology in AD and vascular cognitive impairment and dementia (VCID). Understanding these sex-specific protein expression patterns in healthy plasma samples is crucial for developing personalized therapeutic interventions and improving healthcare strategies. However, future work is needed to validate these findings in clinical samples to ensure their applicability in disease contexts.