Abstract Background: Neuronal damage is the morphological substrate of persisting neurological disability. Neurofilaments (Nf) are specific cytoskeletal proteins of neurons and their quantification has shown encouraging results as a biomarker for axonal injury. Methods: We aimed at comparing a widely used conventional ELISA for Nf light chain (NfL) with an electrochemiluminescence-based method (ECL assay) and a newly developed single-molecule array (Simoa) method in clinically relevant cerebrospinal fluid (CSF) and serum samples. Results: Analytical sensitivity was 0.62 pg/mL for Simoa, 15.6 pg/mL for the ECL assay, and 78.0 pg/mL for the ELISA. Correlations between paired CSF and serum samples were strongest for Simoa (r=0.88, p<0.001) and the ECL assay (r=0.78, p<0.001) and weaker for ELISA measurements (r=0.38, p=0.030). CSF NfL measurements between the platforms were highly correlated (r=1.0, p<0.001). Serum NfL levels were highly related between ECL assay and Simoa (r=0.86, p<0.001), and this was less visible between ELISA-ECL assay (r=0.41, p=0.018) and ELISA-Simoa (r=0.43, p=0.013). Multiple sclerosis (MS) patients had significantly higher serum NfL levels than controls when measured with Simoa (p=0.001) but not with the other platforms. Conclusions: We found Simoa to be more sensitive than ELISA or the ECL assay. Our results support the feasibility of quantifying NfL in serum; the results correlate with the more-established CSF NfL test. The highly sensitive Simoa technology deserves further studies in larger patient cohorts to clarify whether serum NfL could be used in the future to measure disease severity and determine prognosis or response to treatment interventions in neurological diseases.

Multiple sclerosis (MS), a chronic disorder of the central nervous system and common cause of neurological disability in young adults, is characterized by moderate but complex risk heritability. Here we report the results of a genome-wide association study performed in a 1000 prospective case series of well-characterized individuals with MS and group-matched controls using the Sentrix® HumanHap550 BeadChip platform from Illumina. After stringent quality control data filtering, we compared allele frequencies for 551 642 SNPs in 978 cases and 883 controls and assessed genotypic influences on susceptibility, age of onset, disease severity, as well as brain lesion load and normalized brain volume from magnetic resonance imaging exams. A multi-analytical strategy identified 242 susceptibility SNPs exceeding established thresholds of significance, including 65 within the MHC locus in chromosome 6p21.3. Independent replication confirms a role for GPC5, a heparan sulfate proteoglycan, in disease risk. Gene ontology-based analysis shows a functional dichotomy between genes involved in the susceptibility pathway and those affecting the clinical phenotype.

ObjectiveNeuronal damage is the morphological substrate of persisting neurological disability. Neurofilaments (Nf) are cytoskeletal proteins of neurons and their release into cerebrospinal fluid has shown encouraging results as a biomarker for neurodegeneration. This study aimed to validate the quantification of the Nf light chain (NfL) in blood samples, as a biofluid source easily accessible for longitudinal studies. MethodsWe developed and applied a highly sensitive electrochemiluminescence (ECL) based immunoassay for quantification of NfL in blood and CSF. ResultsPatients with Alzheimer’s disease (AD) (30.8 pg/ml, n=20), Guillain-Barré-syndrome (GBS) (79.4 pg/ml, n=19) or amyotrophic lateral sclerosis (ALS) (95.4 pg/ml, n=46) had higher serum NfL values than a control group of neurological patients without evidence of structural CNS damage (control patients, CP) (4.4 pg/ml, n=68, p<0.0001 for each comparison, p=0.002 for AD patients) and healthy controls (HC) (3.3 pg/ml, n=67, p<0.0001). Similar differences were seen in corresponding CSF samples. CSF and serum levels correlated in AD (r=0.48, p=0.033), GBS (r=0.79, p<0.0001) and ALS (r=0.70, p<0.0001), but not in CP (r=0.11, p=0.3739). The sensitivity and specificity of serum NfL for separating ALS from healthy controls was 91.3% and 91.0%. ConclusionsWe developed and validated a novel ECL based sandwich immunoassay for the NfL protein in serum (NfLUmea47:3); levels in ALS were more than 20-fold higher than in controls. Our data supports further longitudinal studies of serum NfL in neurodegenerative diseases as a potential biomarker of on-going disease progression, and as a potential surrogate to quantify effects of neuroprotective drugs in clinical trials.

Genome-wide association studies (GWAS) testing several hundred thousand SNPs have been performed in multiple sclerosis (MS) and other complex diseases. Typically, the number of markers in which the evidence for association exceeds the genome-wide significance threshold is very small, and markers that do not exceed this threshold are generally neglected. Classical statistical analysis of these datasets in MS revealed genes with known immunological functions. However, many of the markers showing modest association may represent false negatives. We hypothesize that certain combinations of genes flagged by these markers can be identified if they belong to a common biological pathway. Here we conduct a pathway-oriented analysis of two GWAS in MS that takes into account all SNPs with nominal evidence of association ( P < 0.05). Gene-wise P -values were superimposed on a human protein interaction network and searches were conducted to identify sub-networks containing a higher proportion of genes associated with MS than expected by chance. These sub-networks, and others generated at random as a control, were categorized for membership of biological pathways. GWAS from eight other diseases were analyzed to assess the specificity of the pathways identified. In the MS datasets, we identified sub-networks of genes from several immunological pathways including cell adhesion, communication and signaling. Remarkably, neural pathways, namely axon-guidance and synaptic potentiation, were also over-represented in MS. In addition to the immunological pathways previously identified, we report here for the first time the potential involvement of neural pathways in MS susceptibility.

The oral immunomodulator FTY720 has shown efficacy in patients with relapsing multiple sclerosis (MS). FTY720 functionally antagonizes sphingosine 1-phosphate receptor-1 (S1P1) on T cells and consequently inhibits S1P/S1P1-dependent lymphocyte egress from secondary lymphoid organs. Little is known about the phenotype and function of T cells remaining in peripheral blood during long-term FTY720 treatment.T cells from FTY720-treated, interferon-beta (IFNbeta)-treated and untreated patients with MS, and healthy donors (HD) were analyzed with respect to T cell subpopulation composition, proliferation, and cytokine production.In FTY720-treated patients (n = 16), peripheral blood CD4+ and CD8+ T cell counts were reduced by approximately 80% and 60% when compared to the other groups (IFN beta: n = 7; untreated: n = 5; HD: n = 10). This related to selective reduction of naive (CCR7+CD45RA+) and central memory (CCR7+CD45RA-) T cells (TCM), and resulted in a relative increase of peripheral effector memory (CCR7-CD45RA- [TEM] and CCR7-CD45RA+ [TEMRA]) T cells. The remaining blood T cell populations displayed a reduced potential to secrete IL-2 and to proliferate in vitro, but rapidly produced interferon-gamma upon reactivation, confirming a functional TEM/TEMRA phenotype. Neither FTY720 nor FTY720-P directly suppressed proliferation or cytokine production by T cells.Therapeutic dosing of FTY720 reduces naïve T cells and TCM, but not TEM, in blood, without affecting T cell function. This is presumably because naive T cells and TCM express the homing receptor CCR7, allowing recirculation to secondary lymphoid tissues on a regular basis and, thus, trapping of the cells by FTY720 in lymph nodes.