S100-proteiner er en familie af lavmolekylære vævsspecifikke calciumbindende proteiner med en modulerende effekt, som er involveret i mange fysiologiske processer i kroppen. Navnet karakteriserer evnen hos forbindelser af denne gruppe til fuldstændig at opløses i en 100 % ammoniumsulfatopløsning ved neutrale pH-værdier.
I øjeblikket kendes 25 repræsentanter for denne familie, som er karakteristiske for forskellige væv. Denne funktion antyder, at hjernespecifikke s100-proteiner er proteiner, der er til stede i hjerneceller og involveret i neurofysiologiske processer.
Opdagelseshistorik
Det første s100-protein blev isoleret i 1965 fra bovine hjerner af forskerne Moore og Gregor. Efterfølgende blev proteiner af denne familie fundet i pattedyr, fugle, krybdyr og mennesker. Oprindeligt troede man, at s100 kun er til stede i nervevævet, men med udviklingen af immunologiske metoder begyndte man at finde proteiner fra denne gruppe i andre organer.
Generelle karakteristika og topografi
Proteiner fra s100-familien er kun til stede i hvirveldyr og mennesker. Af de 25 proteiner i denne gruppe er 15 hjernespecifikke, hvoraf de fleste produceres af astrogliale celler i CNS, men nogle er også til stede i neuroner.
Det er blevet fastslået, at 90% af hele s100-fraktionen i kroppen er opløst i cellernes cytoplasma, 0,5% er lokaliseret i kernen og 5-7% er forbundet med membraner. En lille del af proteinet findes i det ekstracellulære rum, inklusive blod og cerebrospinalvæske.
Protein fra s100-gruppen er til stede i mange organer (hud, lever, hjerte, milt osv.), men i hjernen er det hundrede tusinde gange mere. Den højeste koncentration ses i lillehjernen. s100-proteinet produceres også aktivt i melanocytter (hudtumorceller). Dette har ført til brugen af denne forbindelse som en vævsmarkør af ektodermal oprindelse.
Kemisk set er s100-proteiner dimerer med en molekylvægt på 10-12 d alton. Disse proteiner er sure, fordi de indeholder en stor mængde (op til 30%) af glutaminsyre og asparaginsyreaminosyrerester. Sammensætningen af s100-molekyler inkluderer ikke fosfater, kulhydrater og lipider. Disse proteiner kan modstå temperaturer op til 60 grader.
Struktur og rumlig konformation
Strukturen af alle medlemmer af s100-familien er kugleformede proteiner. Sammensætningen af et dimert molekyle omfatter 2 polypeptider (alfa og beta), forbundet til hinanden ved hjælp af ikke-kovalente bindinger.
De fleste medlemmer af familien er homodimerer dannet af to identiske underenheder, men der er også heterodimerer. Hvert polypeptid i s100-molekylet har et calciumbindende motiv kaldet EF-hånden. Den er bygget efter spiral-loop-spiral typen.
s100-proteinet indeholder 4 α-spiralformede segmenter, et centr alt hængselområde med variabel længde og to terminale variable domæner (N og C).
Funktioner ved handling
S100-proteiner har ikke i sig selv enzymatisk aktivitet. Deres funktion er baseret på bindingen af calciumioner, som er involveret i mange intercellulære og intracellulære processer, herunder signalering. Tilføjelsen af Ca2+ til s100-molekylet fører til dets rumlige omlejring og åbningen af det målproteinbindende center, hvorigennem interaktion med andre proteiner udføres.
S100 tilhører således ikke proteiner, hvis hovedopgave er at regulere koncentrationen af Ca2+. Proteiner fra denne gruppe er signalkonverterende calciumafhængige biologisk aktive modulatorer, der påvirker intracellulære og ekstracellulære processer gennem binding til målproteiner. Neurotransmittere kan også fungere som sidstnævnte, hvilket er årsagen til s100's indflydelse på overførslen af nerveimpulser.
I øjeblikket er det blevet afsløret, at zink- og/eller kobberioner fungerer som regulatorer for nogle s100 i stedet for Ca2+. Tilsætningen af sidstnævnte kan både direkte påvirke proteinets aktivitet og ændre dets affinitet for calcium.
Funktioner
Et komplet billede af den biologiske rolle af hjernespecifikke s100-proteiner i kroppen eksisterer endnu ikke. Ikke desto mindre blev deltagelse af proteiner fra denne gruppe i følgende processer afsløret:
- regulering af metaboliske reaktioner i nervevæv;
- DNA-replikation;
- udtryk af genetisk information;
- gliacelleproliferation;
- beskyttelse mod oxidativ (iltrelateret) celleskade;
- differentiering af umodne neuroner;
- neuroners død gennem apoptose;
- cytoskelet dynamik;
- fosforylering og sekretion;
- transmission af en nerveimpuls;
- regulering af cellecyklussen.
Afhængig af arten og lokaliseringen kan hjernespecifikke s100-proteiner have både intracellulære og ekstracellulære effekter. Virkningen af nogle proteiner er koncentrationsafhængig. Således udviser det velkendte protein s100B ved norm alt indhold neurotrofisk aktivitet og ved forhøjede niveauer - neurotoksisk.
Ekstracellulære hjernespecifikke s100-proteiner kan være involveret i inflammatoriske responser, regulere glial- og neuronal differentiering og udløse apoptose (programmeret celledød). Betydningen af s100 blev bevist i et in vitro-eksperiment, hvor neuroner ikke overlevede uden tilstedeværelsen afdette protein.
Diagnostisk værdi s100
Den diagnostiske værdi af s100 er baseret på forholdet mellem dets koncentration i blodserum (eller cerebrospinalvæske) med CNS-patologier og onkologiske sygdomme. Det er blevet fastslået, at når gliaceller er beskadiget, kommer dette protein ind i det ekstracellulære rum, hvorfra det kommer ind i cerebrospinalvæsken og derefter ind i blodet. På baggrund af en stigning i koncentrationen af s100 i serum kan der således drages en konklusion om en række hjernepatologier. Forholdet mellem indholdet af dette protein i blodet og sygdomme i centralnervesystemet er blevet eksperimentelt bekræftet.
At øge koncentrationen af s100 i ekstracellulære væsker bly ikke kun på grund af ødelæggelsen af cellulære barrierer, der syntetiserer dette proteinceller. Den første reaktion på mange hjernepatologier er den såkaldte gliale reaktion, hvoraf en del er en stigning i intensiteten af s100-sekretion fra astrocytter. En stigning i indholdet af dette protein i blodet kan også indikere en krænkelse af blod-hjerne-barrieren.
Overvågning af niveauet af s100 giver dig mulighed for at vurdere graden af hjerneskade, hvilket er af stor betydning i medicinsk prognose. Det diagnostiske forhold mellem mængden af dette protein og neuropatologi ligner korrelationen mellem koncentrationen af c-reaktivt protein og systemisk inflammation.
Brug som tumormarkør
S100-proteinet begyndte at blive brugt som tumormarkør i begyndelsen af 1980'erne. I øjeblikket er denne metode effektiv til tidlig påvisning af cancer, tilbagefald eller metastaser. Oftest bruges s100 idiagnosticering af melanom eller neuroblastom.
Det er nødvendigt at skelne mellem, hvornår dette protein analyseres for at påvise CNS-patologier eller andre sygdomme, og hvornår det bruges til at påvise cancer. Hvis orienteringen går specifikt til oncomarkeren, bør afkodningen af s100-proteinet også tage højde for andre mulige årsager til stigningen i koncentrationen af teststoffet i blodet. Når du fortolker resultaterne, skal du være opmærksom på analysemetoden, da grænserne for referenceintervallet (normale indikatorer) afhænger af det.
Den største ulempe ved s100-markøren er dens lave selektivitet, da en stigning i koncentrationen af dette protein i blodet og CSF kan være forbundet med mange patologier, ikke nødvendigvis af kræftkarakter. Derfor kan s100-proteinet ikke gives en afgørende diagnostisk værdi. Ikke desto mindre har dette protein vist sig at være en ledsagende kræftmarkør.
Tilstedeværelsesniveau i blodserum
Norm alt bør s100-protein være til stede i serum i en mængde på mindre end 0,105 µg/l. Denne værdi svarer til den øvre grænse for koncentration hos en rask person. Overskridelse af det tilladte niveau (DL) s100 kan indikere:
- CP;
- hjerneskade;
- udvikling af malignt melanom (eller dets tilbagevenden);
- graviditet;
- neuroblastom;
- dermatomyositis;
- dækker store områder med forbrændinger.
Proteinniveauer kan også stige ved stress eller langvarig eksponeringkrop i den ultraviolette zone. Koncentrationen i blodet bestemmes ved passende analyse.
Detektion i kroppen
Der er flere måder at detektere tilstedeværelsen af s100 i serum, herunder:
- immunradiometrisk assay (IRMA);
- massespektroskopi;
- western blot;
- ELISA (enzymimmunoassay);
- elektrokemiluminescens;
- kvantitativ PCR.
Alle disse analytiske metoder er meget følsomme og tillader meget nøjagtig bestemmelse af det kvantitative indhold af s100. Da dette protein har en kort halveringstid (30 minutter), er høje serumkoncentrationer kun mulige med en konstant forsyning fra sygt væv.
I klinisk diagnostik bruges en automatiseret elektrokemiluminescerende immunoassay for s100-proteinet oftest. Undersøgelsen kombinerer brugen af antistoffer mod et detekterbart protein med lysmarkering. Enheden bestemmer koncentrationen s100 ved intensiteten af kemiluminescerende stråling.
Antistoffer mod protein s100
I medicin har antistoffer mod s100-proteinet 2 praktiske anvendelsesområder:
- diagnostik - bruges i immunologiske metoder til at påvise koncentrationen af dette protein i serum eller CSF (i dette tilfælde er s100 et antigen);
- terapeutisk - indførelse af antistoffer i kroppen bruges til behandling af visse sygdomme.
Antistoffer udøver deres effekt gennem moduleringeffekter på s100 proteiner. Et velkendt lægemiddel på dette grundlag er Tenoten. Antistoffer mod s100 har en gavnlig effekt på nervesystemet, forbedrer impulsoverførsel. Derudover er sådanne lægemidler i stand til at stoppe de symptomatiske manifestationer af forstyrrelser i den autonome funktion i fordøjelsessystemet.
