Metaproteomic analysis of saliva samples from parkinson's disease patients with cognitive impairments

Abstract

Parkinson's Disease (PD) is a NeuroDegenerative Disease (NDD) that includes impairment and death of dopaminergic neurons at the brain and alpha-synuclein (α-syn) protein accumulation (Lewy bodies). PD symptoms include both motor symptoms, such as tremor, and non-motor symptoms, such as abnormal saliva production and cognitive impairment (CI). CI can develop to dementia tragically affecting the lives of PD patients and their caregivers, reaching to life threating stages. Therefore, developing non-invasive and accurate biomarkers for detecting and monitoring CI and dementia progression in PD is urgent. Although, cerebrospinal fluid (CSF) is a useful source for CI-biomarkers in PD, its obtainment method is considered invasive. Thereby, saliva is a good replacement aiding the detection of both human and microbial proteins, allowing MetaProteomics analysis considering microbiome-host relationship with health/disease. Additionally, the development of Mass Spectrometry (MS) technologies and bioinformatics tools aid metaproteomics studies. Here, we analyzed salivary metaproteome content of three study groups; Healthy Control (HC: 28), Parkinson's patients with Mild Cognitive Impairment (PD-MCI: 40), and Parkinson's patients with Dementia (PDD: 40), using nano-Liquid Chromatography tandem Mass Spectrometry (nLC-MS/MS), DIA-NN pipeline, and R-program. Results showed that bacterial proteins differentiate the three study groups, and out the 435 protein groups abundances identified, the decrease of the protein group Elongation Factor Tu (EF-Tu) showed significant association with CI progression (p<0.05). Finally, salivary metaproteomics shows potentials to enrich non-invasive biomarkers discovery for CI/dementia detection and monitoring in PD and other NDD.

Parkinson Hastalığı (PD), beyindeki dopaminerjik nöronların bozulmasını ve ölümünü ve alfa-sinüklin (α-syn) protein birikimini (Lewy cisimcikleri) içeren bir Nörodejeneratif Hastalıktır (NDD). PD semptomları, hem titreme gibi motor semptomları hem de anormal tükürük üretimi ve bilişsel bozulma (CI) gibi motor olmayan semptomları içerir. CI, PD hastalarının ve bakıcılarının yaşamlarını trajik bir şekilde etkileyen ve yaşamı tehdit eden aşamalara ulaşan demansa dönüşebilir. Bu nedenle, PH'de CI ve demans ilerlemesini saptamak ve izlemek için invaziv olmayan ve doğru biyobelirteçler geliştirmek acildir. Beyin omurilik sıvısı (BOS), PH'de CI biyobelirteçleri için yararlı bir kaynak olmasına rağmen, elde etme yöntemi invaziv olarak kabul edilir. Böylece tükürük, hem insan hem de mikrobiyal proteinlerin saptanmasına yardımcı olan iyi bir ikamedir ve sağlık/hastalık ile mikrobiyom-konak ilişkisini göz önünde bulundurarak MetaProteomik analizine izin verir. Ek olarak, Kütle Spektrometrisi (MS) teknolojilerinin ve biyoinformatik araçlarının geliştirilmesi, metaproteomik çalışmalara yardımcı olur. Burada, üç çalışma grubunun tükürük metaproteome içeriğini analiz ettik; nano-Sıvı Kromatografi tandem Kütle Spektrometresi (nLC-MS/MS), DIA-NN kullanılarak Sağlıklı Kontrol (HC: 28), Hafif Bilişsel Bozukluğu olan Parkinson hastaları (PD-MCI: 40) ve Demanslı Parkinson hastaları (PDD: 40) boru hattı ve R-programı. Sonuçlar, bakteriyel proteinlerin üç çalışma grubunu farklılaştırdığını ve tanımlanan 435 protein grubu bolluğu dışında, protein grubunun Uzama Faktörü Tu (EF-Tu) azalmasının CI ilerlemesi ile anlamlı bir ilişki gösterdiğini gösterdi (p<0.05). Son olarak, tükürük metaproteomikleri, PD ve diğer NDD'de CI/demans tespiti ve izlenmesi için invaziv olmayan biyobelirteç keşfini zenginleştirme potansiyeli gösterir.