Integrating omics in prion diseases as a model to explore the strain paradigm in neurodegenerative diseases

This project aims at deepening the understanding of the molecular basis of the phenotypic heterogeneity of prion diseases. Prion diseases represent the first and clearest example of “protein misfolding diseases”, that are all the neurodegenerative diseases caused by the accumulation of misfolded proteins in the central nervous system. In the field of protein misfolding diseases, the term “strain” describes the heterogeneity observed among the same disease in the clinical and pathologic progression, biochemical features of the aggregated protein, conformational memory and pattern of lesions. In this work, the two most common strains of Creutzfeldt-Jakob Disease (CJD), named MM1 and VV2, were analyzed. This thesis investigates the strain paradigm with the production of new multi omic data, and, on such data, appropriate computational analysis combining bioinformatics, data science and statistical approaches was performed. In this work, genomic and transcriptomic profiling allowed an improved characterization of the molecular features of the two most common strains of CJD, identifying multiple possible genetic contributors to the disease and finding several shared impaired pathways between the VV2 strain and Parkinson Disease. On the epigenomic level, the tridimensional chromatin folding in peripheral immune cells of CJD patients at onset and of healthy controls was investigated with Hi-C. While being the first application of this very advanced technology in prion diseases and one of the first in general in neurobiology, this work found a significant and diffuse loss of genomic interactions in immune cells of CJD patients at disease onset, particularly in the PRNP locus, suggesting a possible impairment of chromatin conformation in the disease. The results of this project represent a novelty in the state of the art in this field, both from a biomedical and technological point of view.

Skin as a promising biomatrix for the early detection of misfolded proteins by RT-QuIC in neurodegenerative diseases

Real-Time Quaking-Induced Conversion (RT-QuIC) is an ultrasensitive assay capable of detecting pathological aggregates of misfolded proteins in biospecimens. In recent years, efforts have been made to find a more feasible and convenient biomatrix as an alternative to CSF, and skin biopsy may be a suitable candidate. This project aimed to evaluate the diagnostic performance of skin RT-QuIC in 3 different cohorts of patients: 1. Creutzfeldt-Jakob disease (CJD), 2. Lewy body disease (LBD), and 3. Isolated REM sleep behavior disorder (iRBD). We studied 71 punch skin samples of 35 patients with CJD, including five assessed in vitam, using 2 two different substrates: Bank vole 23-230 (Bv23-230) and Syrian hamster 23-231 (Ha23-231) recombinant prion protein. Skin prion RT-QuIC showed a 100% specificity with both substrates and a higher sensitivity with the Bv23-230 than Ha23-231 (87.5% vs. 65.6%, respectively). Forty-one patients underwent both lumbar puncture (LB) and skin biopsy; CSF and skin RT-QuIC showed a high level of concordance (38/41, 92.7%). Then, we analyzed samples taken in vitam (n=69) or postmortem (n=49) from patients with Parkinson’s disease (PD), dementia with Lewy bodies (DLB), incidental Lewy body pathology, and neurological controls. Skin α-syn RT-QuIC distinguished LBD patients with an overall accuracy of 94.1% in the two cohorts (sensitivity, 89.2%; specificity, 96.3%). Seventy-nine patients underwent both CSF and skin α-syn RT-QuIC, and the two assays yielded similar diagnostic accuracy (skin, 97.5%; CSF, 98.7%). Finally, we studied 91 iRBD patients and 41 control. In the skin, RT-QuIC showed a sensitivity of 76.9%, specificity of 97.6%, and 82.0% accuracy. 128 participants (88 patients plus 40 controls) underwent both CSF and skin RT-QuIC. The two protocols showed 99.2% of concordance. These works confirmed that skin punch biopsies might represent a valid and convenient alternative to CSF analysis for an early diagnosis of prion diseases and LB-related pathologies.

La historiografia de la malaltia durant el segle XX

Fins a ben endins la dècada de 1920 la idea de que les malalties són entitats naturals essencialment contínues en l’espai i el temps —i, com a màxim, susceptibles en el cas de les afeccions infeccioses, d’experimentar canvis explicables per les lleis bioevolutives que regulen les relacions entre els diferents éssers vius— fou incontestable entre els historiadors de la malaltia, en gran manera en raó del paper “disciplinari” i, abans de res, legitimador de la ciència mèdica moderna, que la història de la medicina havia jugat des de la seva institucionalització a finals del segle XIX. Aquesta nota repassa la historiografia del segle XX sobre la malaltia humana des de la història de la medicina. Se n’examinen sucessivament: la “perspectiva bacteriològica”, la influència de la història cultural i social, i l’impacte del socioconstructivisme. A la fi, se n’apunten les propostes més recents des del “gir lingüístic” i el postrelativisme.

Influència del factor de creixement derivat de les plaquetes en el tractament de les fístules anals de la malaltia de Crohn

El tractament de les fístules perianals de la malaltia de Crohn es basa en procediments poc invasius, amb èxit variable. L’ús de PDGF (factors de creixement derivats de les plaquetes autòlogues), és habitual en altres camps quirúrgics per millorar la curació de les ferides. No s’ha estudiat la seva aplicació en la malaltia de Crohn. Aquest és un estudi pilot combinant PDGF amb tècniques habituals. La curació va ser del 80% dels malalts i el 88’8% de trajectes fistulosos. L’ús de PDGF és una tecnologia barata, poc invasiva i senzilla, i que sembla augmentar l’èxit del tractament.

Estudi de l’efecte del tractament amb Adalimumab sobre la microbiota associada a la mucosa intestinal en pacients amb malaltia de Crohn.

La malaltia de Crohn és una malaltia inflamatòria intestinal en la qual s´ha observat que la densitat i la diversitat bacteriana difereixen dels subjectes sans. En els últims anys s’estan emprant tractaments biològics com els anti-TNFα (Adalimumab) de manera alternativa a tractaments ja existents. Els resultats obtinguts després de l’anàlisi de la composició bacteriana de la mucosa intestinal de pacients amb Malaltia de Crohn tractats amb Adalimumab, són esperançadors ja que apunten a una recuperació del patró normal a través de la recuperació d’espècies pròpies de persones sanes i la desaparició d’aquelles més prevalents en malalts de Crohn.

Impacte dels nivells de Ciclosporina en el desenvolupament de malaltia de l’empelt contra el receptor aguda en el trasplantament hemopoètic amb acondicionament d’intensitat reduïda de germà HLA idèntic.

Uns nivells correctes en sèrum de Ciclosporina A les primeres setmanes desprès d’ un trasplantament al•logènic amb acondicionament mieloablatiu, disminueixen l’aparició de malaltia de l’empelt contra el receptor aguda (MECRa). El seu impacte en el trasplantament d’intensitat reduïda (alo-TIR) encara no és conegut. En aquest treball retrospectiu s’analitzen les dades d’una cohort molt homogènia de pacients del nostre centre, estudiant-se les seves característiques clíniques i la relació entre els nivells de CsA i l’aparició de MECRa moderada o severa, en la fase precoç de l’alo-TIR.

Malaltia Ateroscleròtica Coronària silent en pacients amb Hipercolesterolèmia Familiar Heterozigota

L’Hipercolesterolèmia Familiar Heterozigota (HFHe) és una malaltia monogènica que predisposa a una major morbimortalitat cardiovascular. Aquest estudi prospectiu de casos i controls pretén avaluar la prevalença de Malaltia Arteroscleròtica Coronaria (MAC) silent mitjançant una coronariografia no invasiva per TAC Multidetector i estudiar la relació amb diferents variables clíniques i analítiques. La prevalença mostral i extensió de MAC silent en malalts amb HFHe va ser superior respecte al grup control. Les variables estadísticament significatives per a predir la presència de lesions coronàries varen ser: sexe masculí, edat avançada, HDL i l’antecedent familiar de miocardiopatia isquèmica

Nocardiosi pulmonar en pacients amb malaltia pulmonar obstructiva crònica: característiques i factors pronòstics

La Nocardiosi pulmonar és una infecció que afecta principalment a indivius amb immunosupressió. En els darrers anys s’ha identificat un major número de casos de NP en pacients amb Malaltia pulmonar obstructiva crònica. En l’actual treball es pretén analitzar els factors que s’associen a la presència de NP en indivius amb diagnòstic de MPOC i estudiar-ne el pronòstic. S’ha realitzat un estudi restrospectiu en el qual s’han inclòs tots els pacients amb diagnòstic de MPOC i amb aïllament de Nocardia spp. en mostra respiratòria entre els anys 1997-2009. S’han recollit dades demogràfiques, clíniques, microbiològiques, el tractament rebut i la mortalitat als 30, 90 dies i a l’any.

¿Som realment diferents els homes i les dones? Anàlisi de les diferències entre ambdós sexes en pacients amb malaltia vascular cerebral.

Es recullen les dades dels pacients amb ictus agut (isquèmic i hemorràgic) que ingressen al nostre servei i es comparen les dades epidemiològiques, clíniques i de pronòstic de dones i homes. En l'anàlisi comparatiu s’objectiven diferències en quant als factors de risc entre ambdós sexes. I es troben factors independents de mal pronòstic en els pacients amb un ictus isquèmic: l'antecedent de cardiopatia isquèmica, l’escala de rankin previ i l'escala canadenca a l'ingrés. En l'anàlisi de regressió logística es troben factors independents de mal pronòstic en els pacients amb una hemorràgia cerebral l'edat i l'escala canadenca a l'ingrés.

Influència del tabac en la resposta a azatioprina en malaltia inflamatòria intestinal corticodepenent

Disposem d’evidència sobre la influència negativa del tabac en la malaltia de Crohn i el seu efecte positiu en la Colitis ulcerosa. Per altra banda, no s’ha avaluat una potencial interacció entre el tabaquisme i la resposta a determinats fàrmacs. En el present treball hem avaluat l’eficàcia de les tiopurines en la malaltia inflamatòria intestinal corticodepenent, en relació a l’existència d’hàbit tabàquic a l’inici del tractament i la seva influència en el seguiment dels pacients amb resposta inicial al fàrmac, valorant la necessitat de teràpies de rescat o de tractament quirúrgic durant la seva evolució segons l’hàbit tabàquic.

Funcions de les molècules associades a la mielina i la proteïna priònica cel•lular (PrPc) en neurodegeneració (Malaltia d’Alzheimer) i neuroinflamació (Esclerosi Múltiple)

Les proteïnes associades a la mielina (MAIS), Nogo-A, MAG i OMgp, són molècules que presenten una capacitat inhibitòria molt important per el recreixement axonal i la neuroreparació després de lesió. No obstant des de fa anys les seves funcions han estat ampliades i s’han involucrat en diferents processos degeneratius del sistema nerviós o en processos neuroinflamatoris del sistema nerviós central i el perifèric com ara l'Escleresi Múltiple (MS). La base neurobiològica d’indicadors moleculars que són responsables del dany axonal en MS segueixen sense estar plenament descrits. Recentment s’ha publicat que el mecanisme de senyalització Nogo-A pot regir els primers canvis de la desmielinització immunomediada del sistema nerviós central en el model animal de MS, l’encefalomielitis autoimmune experimental (EAE). De la mateixa forma la proteïna priònica cel•lular és una proteïna que s’ha associat majoritàriament a malalties espongiformes, però que recentment s’ha vinculat (no sense controvèrsia) amb la seva possible relació amb la Malaltia d'Alzheimer (AD), ja que seria capaç de reclutar els oligòmers d’Aβ (ADDLs), els quals correlacionen millor amb el grau de demència, i amb els que interacciona directament, actuant així com un possible mediador de la fosforilació de tau en la malaltia. No obstant, les funcions de les MAIS i de la PrPc en aquests models de la malaltia no estan clarament definits i, per altra banda, es desconeixen els mecanismes de senyalització implicats, no descartant de forma clara el component neural i l’immune.

Hèrnia discal, una malaltia infecciosa?

Estudi prospectiu de casos-controls on s’intenta determinar el paper de P.acnes en l’etiopatogènia de la hèrnia discal. Es van analitzar a microbiologia i anatomia patològica les mostres de teixit de disc intervertebral extretes en cirurgia d’hèrnia discal en 40 pacients, i en 27 pacients intervinguts per altres patologies de columna vertebral. Els nostres resultats recolzen la hipòtesi de que la troballa de P.acnes en el disc és un contaminant, ja que no hem trobat evidència de que el procés inflamatori associat a l’hèrnia discal i la ciatàlgia tingui una etiopatogènia infecciosa.

Expressió de VEGF com a factor pronòstic independent de recaiguda a la malaltia de Hodgkin.

El paper del fenomen angiogènic en els diferents tumors sòlids ha estat l’objectiu de nombrosos estudis en els darrers anys. La importància d’aquest procés en les neoplàsies d’origen hematològic encara és bastant desconeguda. En aquest treball hem estudiat l’expressió immunohistoquímica del factor de creixement de l’endoteli vascular (VEGF) en els “tissue microarrays” (TMA) de 252 pacients diagnosticats de limfoma de Hodgkin tractats de forma homogènia (poliquimioteràpia esquema ADVD amb o sense radioteràpia) entre els anys 1978 i 2003. Els resultats s’han correlacionat amb l’evolució dels pacients i s’ha avaluat la seva importància en la supervivència lliure de malaltia i supervivencia global de la sèrie.

Abundància i persistència de Faecalibacteriun prausnitzii en la Malaltia de Crohn

Faecalibacterium prausnitzii és un del bacteris anaeròbis més abundants entre les espècies comensals del tracte intestinal humà sa. Aquesta espècie és una de les principals productores de butirat a l'intestí (que és la principal font d’energia per als colonòcits), però també s'ha suggerit que pot produir compostos antiinflamatoris i intervenir en la regulació de vàries rutes metabòliques de l’hoste. F. prausnitzii és un bacteri difícil de cultivar, ja que presenta una elevada sensibilitat a l'oxigen i presenta uns requeriments nutricionals molt exigents, el que ha compromès considerablement el nombre d’estudis basats en aïllats d’aquesta espècie. No obstant això, en els darrers anys l’interès en aquest bacteri està creixent ja que s’ha evidenciat que les poblacions de F. prausnitzii són variables en diferents grups d'edat i que es veuen reduïdes en certs trastorns intestinals com ara la malaltia inflamatòria intestinal i el càncer colorectal. L’objectiu d'aquest treball ha estat aprofundir en el rol que desenvolupa F. prausnitzii com un dels principals bacteris comensals del tracte intestinal humà. En primer lloc, s’ha dissenyat, optimitzat i validat un nou mètode molecular per determinar l’abundància d’aquesta espècie en mostres del tracte gastrointesinal, i s’ha demostrat la seva possible aplicació per ajudar al diagnòstic de la malaltia de Crohn. En segon lloc, s’ha dut a terme un estudi de les característiques filogenètiques i fenotípiques dels aïllats de F. Prausnitzii disponibles en l'actualitat a fi de coneixre’n millor la diversitat genètica i fenotípica i dilucidar quins factors són crucials en comprometre la població d’aquest bacteri en un intestí malalt. L’anàlisi de les soques ha revelat que F. prausnitzii inclou Principalment dos filogrups, nutricionalment versàtils i molt sensibles a canvis en les condicions ecològiques que pot patir l’intestí de l’hoste sota certes malalties intestinals. En conclusió, els resultat obtinguts en aquest estudi mostren que F. prausnitzii és una espècie ben establerta al còlon sa, amb una elvada versatilitat metabòlica ja que és capaç d’ interactuar amb carbohidrats de diferent estructura i complexitat. S’ha corroborat que aquest microorganisme seria un bon indicador de salut intestinal ja que la seva abundància es veu significativament reduida en pacients amb malaltia de Crohn. Aquests resultats concorden amb els obtinguts per proves fisiològiques que mostren una elevada sensibilitat de l’espècie a determinades condicions relacionades amb malalties intestinals. Estudis futurs s’orientaran a comprendre millor quins factros derrivats de la interacció amb l’hoste també determinen la persistència d’aquesta espècie en un intestí sa o malalt.