S100 proteini so družina tkivno specifičnih proteinov, ki vežejo kalcij z nizko molekulsko maso, z modulacijskim učinkom, ki so vključeni v številne fiziološke procese v telesu. Ime označuje sposobnost spojin te skupine, da se popolnoma raztopijo v 100% raztopini amonijevega sulfata pri nevtralnih pH vrednostih.
Trenutno je znanih 25 predstavnikov te družine, ki so značilni za različna tkiva. Ta lastnost kaže, da so proteini s100, specifični za možgane, beljakovine, prisotne v možganskih celicah in vključene v nevrofiziološke procese.
zgodovina odkritij
Prvi protein s100 sta leta 1965 izolirala iz govejih možganov znanstvenika Moore in Gregor. Kasneje so proteine te družine našli pri sesalcih, pticah, plazilcih in ljudeh. Sprva je veljalo, da je s100 prisoten le v živčnem tkivu, z razvojem imunoloških metod pa so se proteini te skupine začeli nahajati tudi v drugih organih.
Splošne značilnosti in topografija
Beljakovine iz družine s100 so prisotne samo pri vretenčarjih in ljudeh. Od 25 beljakovin v tej skupini jih je 15 specifičnih za možgane, od katerih jih večino proizvajajo astroglialne celice v osrednjem živčevju, nekatere pa so prisotne tudi v nevronih.
Ugotovljeno je, da je 90 % celotne frakcije s100 v telesu raztopljenih v citoplazmi celic, 0,5 % je lokaliziranih v jedru in 5-7 % je povezano z membranami. Majhen del beljakovin se nahaja v zunajceličnem prostoru, vključno s krvjo in cerebrospinalno tekočino.
Beljakovine skupine s100 so prisotne v številnih organih (koža, jetra, srce, vranica itd.), v možganih pa jih je sto tisočkrat več. Največjo koncentracijo opazimo v malih možganih. Protein s100 se aktivno proizvaja tudi v melanocitih (celicah kožnih tumorjev). To je privedlo do uporabe te spojine kot tkivnega markerja ektodermalnega izvora.
Kemično so s100 proteini dimeri z molekulsko maso 10-12 d altonov. Te beljakovine so kisle, ker vsebujejo veliko (do 30 %) ostankov glutaminskih in asparaginskih aminokislin. Sestava molekul s100 ne vključuje fosfatov, ogljikovih hidratov in lipidov. Te beljakovine lahko prenesejo temperature do 60 stopinj.
Struktura in prostorska konformacija
Struktura vseh članov družine s100 so globularni proteini. Sestava ene dimerne molekule vključuje 2 polipeptida (alfa in beta), ki sta med seboj povezana z nekovalentnimi vezmi.
Večina članov družine je homodimerov, ki jih tvorita dve enaki podenoti, vendar obstajajo tudi heterodimeri. Vsak polipeptid v molekuli s100 ima motiv, ki veže kalcij, imenovan EF roka. Zgrajen je po tipu spirala-zanka-spiral.
Protein s100 vsebuje 4 α-vijačne segmente, osrednje tečajno območje spremenljive dolžine in dve končni spremenljivi domeni (N in C).
Značilnosti delovanja
S100 proteini sami po sebi nimajo encimske aktivnosti. Njihovo delovanje temelji na vezavi kalcijevih ionov, ki so vključeni v številne medcelične in znotrajcelične procese, vključno s signalizacijo. Dodajanje Ca2+ molekuli s100 vodi do njene prostorske preureditve in odpiranja središča za vezavo ciljnih beljakovin, skozi katerega interakcija z izvajamo druge beljakovine.
Tako s100 ne spadajo med beljakovine, katerih glavna naloga je uravnavanje koncentracije Ca2+. Beljakovine te skupine so od kalcija odvisni biološko aktivni modulatorji, ki pretvarjajo signal, ki vplivajo na znotrajcelične in zunajcelične procese z vezavo na tarčne proteine. Kot slednji lahko delujejo tudi nevrotransmiterji, kar je razlog za vpliv s100 na prenos živčnih impulzov.
Trenutno je bilo razkrito, da cinkovi in/ali bakrovi ioni delujejo kot regulatorji za nekaj s100 namesto Ca2+. Dodatek slednjega lahko neposredno vpliva na aktivnost beljakovin in spremeni njegovo afiniteto do kalcija.
Funkcije
Popolna slika biološke vloge proteinov s100, specifičnih za možgane, v telesu še ne obstaja. Kljub temu je bilo razkrito sodelovanje beljakovin te skupine v naslednjih procesih:
- regulacija presnovnih reakcij živčnega tkiva;
- podvajanje DNK;
- izraz genetskih informacij;
- proliferacija glialnih celic;
- zaščita pred oksidativnimi (s kisikom povezanimi) poškodbami celic;
- diferenciacija nezrelih nevronov;
- smrt nevronov zaradi apoptoze;
- dinamika citoskeleta;
- fosforilacija in izločanje;
- prenos živčnega impulza;
- regulacija celičnega cikla.
Odvisno od vrste in lokalizacije imajo lahko proteini s100, specifični za možgane, tako znotrajcelične kot zunajcelične učinke. Učinek nekaterih beljakovin je odvisen od koncentracije. Tako znani protein s100B pri normalni vsebnosti kaže nevrotrofično aktivnost, pri povišanih pa nevrotoksično.
Izvencelični proteini s100, specifični za možgane, so lahko vključeni v vnetne odzive, uravnavajo glialno in nevronsko diferenciacijo ter sprožijo apoptozo (programirana celična smrt). Pomembnost s100 je bila dokazana v poskusu in vitro, v katerem nevroni niso preživeli brez prisotnostita beljakovina.
Diagnostična vrednost s100
Diagnostična vrednost s100 temelji na razmerju njegove koncentracije v krvnem serumu (ali cerebrospinalni tekočini) s patologijami osrednjega živčevja in onkološkimi boleznimi. Ugotovljeno je bilo, da ta beljakovina ob poškodbi glialnih celic vstopi v zunajcelični prostor, od koder vstopi v cerebrospinalno tekočino in nato v kri. Tako lahko na podlagi povečanja koncentracije s100 v serumu sklepamo o številnih možganskih patologijah. Razmerje med vsebnostjo te beljakovine v krvi in boleznimi centralnega živčnega sistema je bilo eksperimentalno potrjeno.
Povečanje koncentracije s100 v zunajceličnih tekočinah vodi ne le zaradi uničenja celičnih ovir, ki sintetizirajo te beljakovinske celice. Prvi odziv na številne možganske patologije je tako imenovani glialni odziv, katerega del je povečanje intenzivnosti izločanja s100 s strani astrocitov. Povečanje vsebnosti te beljakovine v krvi lahko kaže tudi na kršitev krvno-možganske pregrade.
Spremljanje ravni s100 vam omogoča oceno stopnje poškodbe možganov, ki je zelo pomembna v medicinski prognozi. Diagnostično razmerje med količino te beljakovine in nevropatologijo je podobno korelaciji koncentracije c-reaktivnega proteina s sistemskim vnetjem.
Uporaba kot tumorski marker
Protein s100 se je začel uporabljati kot tumorski marker v zgodnjih osemdesetih letih. Trenutno je ta metoda učinkovita za zgodnje odkrivanje raka, ponovitev ali metastaz. Najpogosteje se s100 uporablja vdiagnosticiranje melanoma ali nevroblastoma.
Treba je razlikovati, kdaj se ta protein analizira za odkrivanje patologij osrednjega živčevja ali drugih bolezni in kdaj se uporablja za odkrivanje raka. Če gre orientacija posebej za oncomarker, je treba pri dekodiranju proteina s100 upoštevati tudi druge možne razloge za povečanje koncentracije preskusne snovi v krvi. Pri interpretaciji rezultatov bodite pozorni na metodo analize, saj so od nje odvisne meje referenčnega intervala (normalni kazalniki).
Glavna pomanjkljivost markerja s100 je njegova nizka selektivnost, saj je lahko povečanje koncentracije te beljakovine v krvi in cerebrospinalni tekočini povezano s številnimi patologijami, ki niso nujno rakave narave. Zato proteinu s100 ni mogoče dati odločilne diagnostične vrednosti. Kljub temu se je ta beljakovina izkazala kot spremljevalni marker raka.
Raven prisotnosti v krvnem serumu
Običajno mora biti beljakovina s100 prisotna v serumu v količini, manjši od 0,105 µg/l. Ta vrednost ustreza zgornji meji koncentracije pri zdravi osebi. Preseganje dovoljene ravni (DL) s100 lahko pomeni:
- CP;
- poškodba možganov;
- razvoj malignega melanoma (ali njegovo ponovitev);
- nosečnost;
- nevroblastom;
- dermatomiozitis;
- pokrivanje velikih površin opeklin.
Raven beljakovin se lahko poveča tudi pri stresu ali dolgotrajni izpostavljenostitelo v ultravijoličnem območju. Koncentracijo v krvi določimo z ustrezno analizo.
Zaznavanje v telesu
Obstaja več načinov za odkrivanje prisotnosti s100 v serumu, vključno z:
- imunoradiometrični test (IRMA);
- masna spektroskopija;
- western blot;
- ELISA (encimski imunski test);
- elektrokemiluminiscenca;
- kvantitativni PCR.
Vse te analitske metode so zelo občutljive in omogočajo zelo natančno določanje kvantitativne vsebnosti s100. Ker ima ta beljakovina kratko razpolovno dobo (30 minut), so visoke koncentracije v serumu možne le ob stalnem dovajanju iz obolelih tkiv.
V klinični diagnostiki se najpogosteje uporablja avtomatiziran elektrokemiluminiscentni imunski test za protein s100. Študija združuje uporabo protiteles proti zaznavnemu proteinu s svetlobnim označevanjem. Naprava določi koncentracijo s100 z intenzivnostjo kemiluminiscenčnega sevanja.
Protitelesa proti beljakovinam s100
V medicini imajo protitelesa proti proteinu s100 2 področji praktične uporabe:
- diagnostika - uporablja se v imunoloških metodah za odkrivanje koncentracije te beljakovine v serumu ali cerebrospinalni tekočini (v tem primeru je s100 antigen);
- terapevtski - vnos protiteles v telo se uporablja pri zdravljenju nekaterih bolezni.
Protitelesa izvajajo svoj učinek z modulacijoučinki na beljakovine s100. Dobro znano zdravilo na tej osnovi je Tenoten. Protitelesa proti s100 ugodno vplivajo na živčni sistem, izboljšajo prenos impulzov. Poleg tega lahko takšna zdravila ustavijo simptomatske manifestacije motenj avtonomne funkcije v prebavnem sistemu.
