Association of total tau and phosphorylated tau 181 protein levels in cerebrospinal fluid with cerebral atrophy in mild cognitive impairment and Alzheimer disease

Association of total tau and phosphorylated tau 181 protein levels in cerebrospinal fluid with cerebral atrophy in mild cognitive impairment and Alzheimer disease

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J Psychiatry Neurosci 2009;34(2):136-42

Philipp A. Thomann, MD; Elmar Kaiser, MD; Peter Schönknecht, MD; Johannes Pantel, MD, PhD; Marco Essig, MD, PhD; Johannes Schröder, MD, PhD

Thomann, Kaiser, Schönknecht, Schröder — Section of Geriatric Psychiatry, University of Heidelberg; Pantel — Department of Psychiatry, University of Frankfurt am Main; Essig — German Cancer Research Center, Heidelberg, Germany

Abstract

Background: We sought to examine the association of levels of total tau (t-tau) and phosphorylated tau 181 (p-tau181) protein with brain morphology in mild cognitive impairment, as defined by the concept of aging-associated cognitive decline (AACD) and Alzheimer disease.

Methods: Twenty-three participants with AACD, 16 with Alzheimer disease and 15 healthy controls underwent magnetic resonance imaging and lumbar puncture. We performed voxel-based morphometry to investigate the association between tau levels in cerebrospinal fluid (CSF) and cerebral grey matter density throughout the entire brain.

Results: Voxel-based morphometry revealed that both elevated t-tau and p-tau181 concentrations were associated with reduced grey matter density in temporal, parietal and frontal regions. Among participants with AACD, elevated levels of p-tau181 (but not t-tau) in CSF were correlated with a pronounced atrophy in the right hippocampus.

Limitations: Our study was limited by the small sample, especially with respect to the analysis comprising the AACD subgroups. Moreover, we did not correct our voxel-based morphometry analyses for multiple dependent comparisons, therefore they harbour a risk of false-positive results.

Conclusion: Elevated levels of t-tau and p-tau181 in CSF reflect degenerative processes in the cortical regions typically affected in Alzheimer disease. Our findings in participants with AACD support the hypothesis that p-tau181 might be more specifically related to neurodegenerative changes in early Alzheimer disease.

Résumé

Contexte : Nous avons voulu analyser le lien entre les taux de protéine tau totale (t-tau) et phosphorylée 181 (p-tau181) et la morphologie cérébrale dans l’atteinte cognitive légère, comme la définissent les concepts de déclin cognitif lié à l’âge (DCA) et de maladie Alzheimer.

Méthodes : Vingt-trois participants atteints de DCA, 16 atteints de maladie Alzheimer et 15 témoins en bonne santé ont subi une épreuve de résonance magnétique et une ponction lombaire. Nous avons procédé à une morphométrie voxel à voxel pour explorer le lien entre les taux de protéine tau dans le liquide céphalo-rachidien (LCR) et la densité de la matière grise cérébrale dans tout le cerveau.

Résultats : La morphométrie voxel à voxel a révélé que les taux élevés, tant de protéine t-tau, que de protéine p-tau181, étaient associés à une réduction de la densité de la matière grise dans les régions temporales, pariétales et frontale. Parmi les participants atteints de DCA, les taux élevés de p-tau181 (mais non de t-tau) dans le LCR ont été en corrélation avec une atrophie marquée de l’hippocampe droit.

Limites : Notre étude a été limitée par la petite taille de l’échantillon, surtout en ce qui concerne l’analyse des sous-groupes atteints de DCA. De plus, nous n’avons pas corrigé nos analyses morphométriques voxel à voxel pour tenir compte de comparaisons multiples à variables dépendantes. Par conséquent, elles comportent un risque de résultats faux-positifs.

Conclusion : Les taux élevés de t-tau et de p-tau181 dans le LCR sont le reflet de processus dégénératifs des régions corticales typiquement affectées dans la maladie Alzheimer. Ce que nous avons observé chez les participants atteints d’un DCA étaye l’hypothèse selon laquelle la protéine p-tau181 pourrait être plus étroitement liée aux atteintes neurodégénératives propres aux premiers stades de la maladie Alzheimer.


Competing interests: Dr. Thomann has received travel assistance from GlaxoSmithKline. None declared for Drs. Kaiser, Schönknecht, Pantel, Essig and Schröder.

Submitted Feb. 3, 2008; Revised Jun. 2, Sep. 3, 2008; Accepted Sep. 3, 2008

Contributors: Drs. Thomann and Kaiser contributed equally to the study. Drs. Thomann, Kaiser and Schröder designed the study. Drs. Thomann, Kaiser, Schönknecht, Pantel and Essig acquired the data, which Drs. Thomann, Kaiser, Pantel and Schröder analyzed. Drs. Thomann and Kaiser wrote the article; Drs. Schönknecht, Pantel, Essig and Schröder reviewed it. All authors gave final approval for publication.

Correspondence to: Dr. P.A. Thomann, Section of Geriatric Psychiatry, University of Heidelberg, Voßstr. 4, 69115 Heidelberg, Germany; fax 49-(0)6221-56-1742; philipp_thomann@med.uni-heidelberg.de