S100-proteiner är en familj av lågmolekylära vävnadsspecifika kalciumbindande proteiner med en modulerande effekt som är involverade i många fysiologiska processer i kroppen. Namnet kännetecknar förmågan hos föreningar i denna grupp att helt lösas upp i en 100 % ammoniumsulfatlösning vid neutrala pH-värden.
För närvarande är 25 representanter för denna familj kända, vilka är karakteristiska för olika vävnader. Denna egenskap antyder att hjärnspecifika s100-proteiner är proteiner som finns i hjärnceller och involverade i neurofysiologiska processer.
Upptäcktshistorik
Det första s100-proteinet isolerades 1965 från nötkreaturshjärnor av forskarna Moore och Gregor. Därefter hittades proteiner från denna familj i däggdjur, fåglar, reptiler och människor. Till en början trodde man att s100 endast finns i nervvävnaden, men med utvecklingen av immunologiska metoder började proteiner från denna grupp hittas i andra organ.
Allmänna egenskaper och topografi
Proteiner från s100-familjen finns endast hos ryggradsdjur och människor. Av de 25 proteinerna i denna grupp är 15 hjärnspecifika, varav de flesta produceras av astrogliaceller i CNS, men några finns också i neuroner.
Det har fastställts att 90 % av hela s100-fraktionen i kroppen är löst i cellernas cytoplasma, 0,5 % är lokaliserad i kärnan och 5-7 % är associerad med membran. En liten del av proteinet finns i det extracellulära utrymmet, inklusive blod och cerebrospinalvätska.
Protein från s100-gruppen finns i många organ (hud, lever, hjärta, mjälte, etc.), men i hjärnan är det hundra tusen gånger mer. Den högsta koncentrationen observeras i lillhjärnan. s100-proteinet produceras också aktivt i melanocyter (hudtumörceller). Detta har lett till användningen av denna förening som en vävnadsmarkör av ektoderm alt ursprung.
Kemiskt sett är s100-proteiner dimerer med en molekylvikt på 10-12 d alton. Dessa proteiner är sura eftersom de innehåller en stor mängd (upp till 30%) av glutaminsyra och asparaginsyraaminosyrarester. Sammansättningen av s100-molekyler inkluderar inte fosfater, kolhydrater och lipider. Dessa proteiner tål temperaturer upp till 60 grader.
Struktur och rumslig konformation
Strukturen för alla medlemmar i s100-familjen är klotformiga proteiner. Sammansättningen av en dimer molekyl inkluderar 2 polypeptider (alfa och beta), kopplade till varandra med icke-kovalenta bindningar.
De flesta medlemmar av familjen är homodimerer som bildas av två identiska subenheter, men det finns också heterodimerer. Varje polypeptid i s100-molekylen har ett kalciumbindande motiv som kallas EF-handen. Den är byggd enligt spiral-loop-spiral-typen.
s100-proteinet innehåller 4 α-helixsegment, en central gångjärnsregion med variabel längd och två terminala variabla domäner (N och C).
Handlingsfunktioner
S100-proteiner i sig har inte enzymatisk aktivitet. Deras funktion är baserad på bindning av kalciumjoner, som är involverade i många intercellulära och intracellulära processer, inklusive signalering. Tillägget av Ca2+ till s100-molekylen leder till dess rumsliga omarrangemang och öppnandet av målproteinbindningscentret, genom vilket interaktion med andra proteiner utförs.
S100 tillhör alltså inte proteiner vars huvuduppgift är att reglera koncentrationen av Ca2+. Proteiner i denna grupp är signalomvandlande kalciumberoende biologiskt aktiva modulatorer som påverkar intracellulära och extracellulära processer genom bindning till målproteiner. Neurotransmittorer kan också fungera som det senare, vilket är orsaken till påverkan av s100 på överföringen av nervimpulser.
För närvarande har det avslöjats att zink- och/eller kopparjoner fungerar som regulatorer för vissa s100 istället för Ca2+. Tillsatsen av det senare kan både direkt påverka proteinets aktivitet och ändra dess affinitet för kalcium.
Funktioner
En fullständig bild av den biologiska rollen av hjärnspecifika s100-proteiner i kroppen finns ännu inte. Ändå avslöjades deltagandet av proteiner från denna grupp i följande processer:
- reglering av metaboliska reaktioner i nervvävnad;
- DNA-replikering;
- uttryck av genetisk information;
- glialcellsproliferation;
- skydd mot oxidativ (syrerelaterad) cellskada;
- differentiering av omogna neuroner;
- neuronernas död genom apoptos;
- cytoskelettdynamik;
- fosforylering och sekretion;
- överföring av en nervimpuls;
- reglering av cellcykeln.
Beroende på art och lokalisering kan hjärnspecifika s100-proteiner ha både intracellulära och extracellulära effekter. Effekten av vissa proteiner är koncentrationsberoende. Således uppvisar det välkända proteinet s100B vid norm alt innehåll neurotrofisk aktivitet och vid förhöjda nivåer - neurotoxiskt.
Extracellulära hjärnspecifika s100-proteiner kan vara involverade i inflammatoriska svar, reglera glia- och neuronal differentiering och utlösa apoptos (programmerad celldöd). Vikten av s100 bevisades i ett in vitro-experiment där neuroner inte överlevde utan närvaro avdetta protein.
Diagnostiskt värde s100
Det diagnostiska värdet för s100 är baserat på förhållandet mellan dess koncentration i blodserum (eller cerebrospinalvätska) med CNS-patologier och onkologiska sjukdomar. Det har konstaterats att när gliaceller skadas kommer detta protein in i det extracellulära utrymmet, varifrån det kommer in i cerebrospinalvätskan och sedan in i blodet. På basis av en ökning av koncentrationen av s100 i serumet kan således en slutsats dras om ett antal hjärnpatologier. Sambandet mellan innehållet av detta protein i blodet och sjukdomar i det centrala nervsystemet har experimentellt bekräftats.
Att öka koncentrationen av s100 i extracellulära vätskor leder inte bara på grund av förstörelsen av cellulära barriärer som syntetiserar detta proteinceller. Det första svaret på många hjärnpatologier är det så kallade gliasvaret, varav en del är en ökning av intensiteten av s100-utsöndring av astrocyter. En ökning av innehållet av detta protein i blodet kan också indikera ett brott mot blod-hjärnbarriären.
Övervakning av nivån på s100 gör att du kan bedöma graden av hjärnskada, vilket är av stor betydelse för medicinsk prognos. Det diagnostiska förhållandet mellan mängden av detta protein och neuropatologi liknar korrelationen mellan koncentrationen av c-reaktivt protein och systemisk inflammation.
Använd som tumörmarkör
S100-proteinet började användas som en tumörmarkör i början av 1980-talet. För närvarande är denna metod effektiv för tidig upptäckt av cancer, återfall eller metastaser. Oftast används s100 idiagnostisera melanom eller neuroblastom.
Det är nödvändigt att skilja mellan när detta protein analyseras för att upptäcka CNS-patologier eller andra sjukdomar, och när det används för att upptäcka cancer. Om orienteringen går specifikt till oncomarker, bör avkodningen av s100-proteinet även ta hänsyn till andra möjliga orsaker till ökningen av koncentrationen av testämnet i blodet. När du tolkar resultaten, se till att vara uppmärksam på analysmetoden, eftersom gränserna för referensintervallet (normala indikatorer) beror på det.
Den största nackdelen med s100-markören är dess låga selektivitet, eftersom en ökning av koncentrationen av detta protein i blodet och CSF kan associeras med många patologier, inte nödvändigtvis av cancerartad karaktär. Därför kan s100-proteinet inte ges ett avgörande diagnostiskt värde. Ändå har detta protein visat sig vara en följeslagande cancermarkör.
Närvaronivå i blodserum
Norm alt bör s100-protein finnas i serum i en mängd som är mindre än 0,105 µg/l. Detta värde motsvarar den övre koncentrationsgränsen hos en frisk person. Att överskrida den tillåtna nivån (DL) s100 kan indikera:
- CP;
- hjärnskada;
- utveckling av malignt melanom (eller dess återkommande);
- graviditet;
- neuroblastom;
- dermatomyosit;
- täcker stora områden med brännskador.
Proteinnivåer kan också öka vid stress eller långvarig exponeringkroppen i den ultravioletta zonen. Koncentrationen i blodet bestäms genom lämplig analys.
Detektion i kroppen
Det finns flera sätt att upptäcka närvaron av s100 i serum, inklusive:
- immunradiometrisk analys (IRMA);
- masspektroskopi;
- western blot;
- ELISA (enzymimmunanalys);
- elektrokemiluminescens;
- kvantitativ PCR.
Alla dessa analytiska metoder är mycket känsliga och tillåter mycket exakt bestämning av det kvantitativa innehållet i s100. Eftersom detta protein har en kort halveringstid (30 minuter) är höga serumkoncentrationer endast möjliga med konstant tillförsel från sjuka vävnader.
Inom klinisk diagnostik används oftast en automatiserad elektrokemiluminescerande immunanalys för s100-proteinet. Studien kombinerar användningen av antikroppar mot ett detekterbart protein med ljusmarkering. Enheten bestämmer koncentrationen s100 genom intensiteten av kemiluminescerande strålning.
Antikroppar mot protein s100
Inom medicin har antikroppar mot s100-proteinet två praktiska tillämpningsområden:
- diagnostik - används i immunologiska metoder för att detektera koncentrationen av detta protein i serum eller CSF (i detta fall är s100 ett antigen);
- terapeutiskt - införandet av antikroppar i kroppen används vid behandling av vissa sjukdomar.
Antikroppar utövar sin effekt genom att moduleraeffekter på s100-proteiner. Ett välkänt läkemedel på denna grund är Tenoten. Antikroppar mot s100 har en gynnsam effekt på nervsystemet, förbättrar impulsöverföringen. Dessutom kan sådana läkemedel stoppa de symtomatiska manifestationerna av störningar i den autonoma funktionen i matsmältningssystemet.
