Proteins are essential biomolecules that perform a vast array of functions within the human body. The abundance of proteins within cells, tissues, and bodily fluids is dy- namic and can be associated with different physiological and disease states. As such, studying proteins and protein profiles in health and disease can provide insights into the mechanisms and pathological processes associated with different diseases as well as different disease stages. Furthermore, protein biomarkers identified in research have the potential to aid clinical diagnostics and therapeutic development, leading to im- provement of patient care and outcomes. 

The majority of the work included in this thesis, revolves around the analysis of protein profiles in the context of neurodegenerative diseases, with the main focus on demen- tias. In the studies, preselected protein panels were measured in cerebrospinal fluid (CSF) samples employing the multiplexed high-throughput antibody-based suspension bead array technology. 

In paper I, the potential of using protein pairs to reflect Alzheimer’s disease pathology and cognitive decline was explored, with the aim to identify biomarkers which could possibly aid in monitoring the efficacy of disease-modifying treatments in clinical tri- als. A number of protein pairs was identified providing significantly higher performance compared to single proteins, likely due to adjustment for inter-individual variability in general protein levels. 

Paper II built upon the findings from paper I, expanding the investigation of CSF protein patterns across multiple neurodegenerative diseases. This study demonstrated that the performance of single brain-derived proteins in disease prediction is affected by variability in general protein levels, accounting for 70 % of protein variability be- tween individuals irrespective of disease. Adjusting for the general protein levels directly or through combining proteins in pairs improved the performance of proteins as biomarkers. However, the majority of the proteins with altered levels in CSF were not specific for a single disease, suggesting their association to processes common for the diseases, and highlighting the need for disease comparisons in biomarker studies. 

While paper I and II established the presence of variability in general CSF levels of brain-derived proteins between individuals, the factors underlying this variability re- mained unclear. Paper III explored whether the levels of proteins in CSF are influenced by CSF volume in a cohort of healthy individuals. The findings revealed negative correlations of brain-derived proteins with brain ventricular volumes, sug- gesting a dilution effect of proteins in CSF potentially contributing to differences in CSF levels of brain-derived proteins between individuals. In summary, these three Abstract i Abstract studies shed light on CSF protein patterns and their relevance in neurodegenerative diseases, pushing the boundaries of our current knowledge a step forward. 

A specific group of proteins present in the human body; the antibodies, are involved in the defense mechanisms against pathogens. These large molecules are produced by our immune system upon infection (or vaccination), and provide protection against future reinfections. However, the amount of antibodies produced and their protective effect through virus neutralization varies between individuals. Paper IV included in this thesis involved the development of a cell-free and virus-free bead-based assay for assessment of the neutralization capability of antibodies produced against the SARS- COV-2 virus. While this study can be considered an outlier in the theme of this thesis, it represents our contribution to the global research efforts which necessitated other activities to be put on hold in favor of endeavors in response to the rise of the Covid- 19 pandemic. 

Proteiner är essentiella biomolekyler som utför en mängd olika funktioner inom män- niskokroppen. Förekomsten av proteiner inom celler, vävnader och kroppsvätskor är dynamisk och kan associeras med olika fysiologiska tillstånd och sjukdomstillstånd. Att studera proteiner och proteinprofiler vid hälsa och sjukdom kan därför ge insikter om mekanismer och patologiska processer som är associerade med sjukdomar samt sjukdomsstadier. 

Proteiner som identifieras som associerade till en viss sjukdom har potential att under- lätta klinisk diagnostik och medicinsk utveckling, vilket i längden leder till förbättrad patientvård. Den övervägande delen av arbetet i denna avhandling fokuserar på analys av proteinprofiler hos patienter med neurodegenerativa sjukdomar, med huvudinrikt- ning på demenssjukdomar. I studierna mättes förvalda proteinpaneler i cerebrospinal- vätska (CSF) med hjälp av en multiplex antikroppsbaserad teknik. 

I avhandlingens första artikel (paper I) utforskades potentialen hos proteinpar för att reflektera patologi och kognitiv nedsättning hos patienter med Alzheimer's sjukdom, med syfte att identifiera biomarkörer som kan utvärdera effektivitet hos sjukdomsmo- difierande behandlingar i kliniska studier. Resultaten visade att par av proteiner med ursprung i hjärnan speglade sjukdomsprocesserna bättre jämfört med enskilda protei- ner, troligen på grund av att tillägget av ett andra protein kompenserar för inter- individuell variabilitet i generella proteinnivåer. 

Artikel II (paper II) bygger vidare på resultaten från artikel I genom att utvidga ut- forskandet av proteinmönster i CSF till flera neurodegenerativa sjukdomar. Denna studie visade att möjligheten till sjukdomsprediktion hos enskilda hjärnproteiner på- verkas av variationer i generella proteinnivåer, vilka förklarar 70% av variabiliteten mellan individer, oberoende av sjukdom. Direkt justering av proteinnivåer eller juste- ring genom kombination av proteiner i par förbättrade proteinernas prediktiva prestanda. Majoriteten av proteinerna med förändrade nivåer i CSF var emellertid inte specifika för en enskild sjukdom, vilket antyder att de är associerade till processer som är gemensamma för sjukdomarna. Detta visar på ett behov av att jämföra olika sjuk- domar mot varandra i framtida biomarkörsstudier. 

Även om artikel I och II fastställde generell variabilitet i nivåerna av hjärnproteiner mellan individer förblev faktorerna bakom denna variabilitet oklara. Paper III under- söker i en kohort med friska individer om nivåerna av proteiner i CSF påverkas av CSF-volymen. Resultaten påvisade negativ korrelation mellan nivåer av proteiner och hjärnventriklarnas volym, vilket antyder att en möjlig utspädningseffekt bidrar till skillnader i nivåer mellan individer med avseende på proteiner med ursprung i hjärnan. Sammanfattning iii Sammanfattning Sammanfattningsvis beskriver dessa tre studier proteinnivåer i CSF och deras relevans vid neurodegenerativa sjukdomar, vilket tänjer gränserna för vår nuvarande kunskap. 

En specifik grupp av proteiner i människokroppen; antikropparna, är involverade i för- svarsprocesser mot patogener. Dessa stora molekyler produceras av vårt immunsystem vid infektion (eller vaccination) och ger skydd mot framtida återinfektioner. Mängden antikroppar som produceras och deras skyddande effekt genom virusneutralisering va- rierar dock mellan individer. Artikel IV (paper IV) i denna avhandling beskriver utvecklingen av ett cellfritt och virusfritt neutraliseringstest för att bedöma antikropp- pars neutraliseringsförmåga mot SARS-COV-2-viruset. Även om denna studie kan betraktas som avvikande från temat för denna avhandling, representerar den vårt bi- drag till de globala forskningsinsatserna som krävde att andra aktiviteter sattes på paus till förmån för åtgärder som svar på uppkomsten av Covid-19-pandemin.