S100 протеини са семейство от нискомолекулни тъканно-специфични калций-свързващи протеини с модулиращ ефект, които участват в много физиологични процеси в тялото. Името характеризира способността на съединенията от тази група да се разтварят напълно в 100% разтвор на амониев сулфат при неутрални стойности на pH.
В момента са известни 25 представители на това семейство, които са характерни за различни тъкани. Тази характеристика предполага, че специфичните за мозъка s100 протеини са протеини, присъстващи в мозъчните клетки и участващи в неврофизиологичните процеси.
История на откриването
Първият протеин s100 е изолиран през 1965 г. от говежди мозъци от учените Мур и Грегор. Впоследствие протеини от това семейство са открити при бозайници, птици, влечуги и хора. Първоначално се смяташе, че s100 присъства само в нервната тъкан, но с развитието на имунологичните методи, протеини от тази група започват да се откриват и в други органи.
Общи характеристики и топография
Протеини от семейството s100 присъстват само при гръбначни животни и хора. От 25 протеина в тази група, 15 са специфични за мозъка, повечето от които се произвеждат от астроглиални клетки в ЦНС, но някои присъстват и в невроните.
Установено е, че 90% от цялата s100 фракция в тялото е разтворена в цитоплазмата на клетките, 0,5% е локализирана в ядрото и 5-7% е свързана с мембраните. Малка част от протеина се намира в извънклетъчното пространство, включително кръвта и цереброспиналната течност.
Протеинът от групата s100 присъства в много органи (кожа, черен дроб, сърце, далак и др.), но в мозъка е сто хиляди пъти повече. Най-висока концентрация се наблюдава в малкия мозък. Протеинът s100 също се произвежда активно в меланоцитите (туморни клетки на кожата). Това доведе до използването на това съединение като тъканен маркер с ектодермален произход.
Химически, s100 протеините са димери с молекулно тегло 10-12 далтона. Тези протеини са киселинни, тъй като съдържат голямо количество (до 30%) остатъци от глутаминова и аспарагинова аминокиселина. Съставът на s100 молекули не включва фосфати, въглехидрати и липиди. Тези протеини могат да издържат на температури до 60 градуса.
Структура и пространствена конформация
Структурата на всички членове на семейството s100 са глобуларни протеини. Съставът на една димерна молекула включва 2 полипептида (алфа и бета), свързани един с друг чрез нековалентни връзки.
Повечето членове на семейството са хомодимери, образувани от две идентични субединици, но има и хетеродимери. Всеки полипептид в молекулата s100 има калций-свързващ мотив, наречен EF ръка. Изграден е според типа спирала-примка-спирала.
Протеинът s100 съдържа 4 α-спирални сегмента, централна шарнирна област с променлива дължина и два крайни променливи домена (N и C).
Характеристики на действие
S100 протеините сами по себе си нямат ензимна активност. Тяхното функциониране се основава на свързването на калциеви йони, които участват в много междуклетъчни и вътреклетъчни процеси, включително сигнализиране. Добавянето на Ca2+ към молекулата s100 води до нейното пространствено пренареждане и отваряне на целевия протеин-свързващ център, чрез който взаимодействие с други протеини се извършва.
По този начин s100 не принадлежат към протеини, чиято основна задача е да регулират концентрацията на Ca2+. Протеините от тази група са преобразуващи сигнала калций-зависими биологично активни модулатори, които влияят на вътреклетъчните и извънклетъчните процеси чрез свързване с целевите протеини. Невротрансмитерите също могат да действат като последните, което е причината за влиянието на s100 върху предаването на нервните импулси.
В момента е разкрито, че цинкови и/или медни йони действат като регулатори за някои s100 вместо Ca2+. Добавянето на последния може както пряко да повлияе на активността на протеина, така и да промени неговия афинитет към калция.
Функции
Пълна картина на биологичната роля на специфичните за мозъка s100 протеини в тялото все още не съществува. Въпреки това беше разкрито участието на протеини от тази група в следните процеси:
- регулиране на метаболитните реакции на нервната тъкан;
- репликация на ДНК;
- изразяване на генетична информация;
- пролиферация на глиални клетки;
- защита срещу оксидативно (свързано с кислород) увреждане на клетките;
- диференциране на незрели неврони;
- смърт на неврони чрез апоптоза;
- цитоскелетна динамика;
- фосфорилиране и секреция;
- предаване на нервен импулс;
- регулиране на клетъчния цикъл.
В зависимост от вида и локализацията, специфичните за мозъка s100 протеини могат да имат както вътреклетъчни, така и извънклетъчни ефекти. Ефектът на някои протеини зависи от концентрацията. Така добре познатият протеин s100B при нормално съдържание проявява невротрофична активност, а при повишени нива - невротоксичен.
Извънклетъчните мозъчни s100 протеини могат да участват във възпалителни реакции, да регулират глиалната и невронната диференциация и да задействат апоптоза (програмирана клетъчна смърт). Значението на s100 е доказано в експеримент in vitro, в който невроните не оцеляват без присъствието натози протеин.
Диагностична стойност s100
Диагностичната стойност на s100 се основава на връзката на неговата концентрация в кръвния серум (или цереброспиналната течност) с патологии на ЦНС и онкологични заболявания. Установено е, че при увреждане на глиалните клетки този протеин навлиза в извънклетъчното пространство, откъдето попада в цереброспиналната течност и след това в кръвта. По този начин, на базата на повишаване на концентрацията на s100 в серума, може да се направи заключение за редица мозъчни патологии. Връзката между съдържанието на този протеин в кръвта и заболяванията на централната нервна система е експериментално потвърдена.
Повишаването на концентрацията на s100 в извънклетъчните течности води не само поради разрушаването на клетъчните бариери, синтезиращи този протеин клетки. Първият отговор на много мозъчни патологии е т. нар. глиален отговор, част от който е увеличаване на интензитета на секрецията на s100 от астроцитите. Увеличаването на съдържанието на този протеин в кръвта може също да показва нарушение на кръвно-мозъчната бариера.
Наблюдението на нивото на s100 ви позволява да оцените степента на мозъчно увреждане, което е от голямо значение в медицинската прогноза. Диагностичната връзка между количеството на този протеин и невропатологията наподобява корелацията на концентрацията на c-реактивния протеин със системното възпаление.
Използвайте като туморен маркер
Протеинът s100 започва да се използва като туморен маркер в началото на 80-те години. Понастоящем този метод е ефективен за ранно откриване на рак, рецидив или метастази. Най-често s100 се използва вдиагностициране на меланом или невробластом.
Необходимо е да се прави разлика между това кога този протеин се анализира за откриване на патологии на ЦНС или други заболявания и кога се използва за откриване на рак. Ако ориентацията отива специално към онкомаркера, при декодирането на протеина s100 трябва да се вземат предвид и други възможни причини за повишаване на концентрацията на изследваното вещество в кръвта. Когато интерпретирате резултатите, не забравяйте да обърнете внимание на метода на анализ, тъй като границите на референтния интервал (нормални показатели) зависят от него.
Основният недостатък на s100 маркера е неговата ниска селективност, тъй като повишаването на концентрацията на този протеин в кръвта и CSF може да бъде свързано с много патологии, не непременно от раков характер. Следователно на протеина s100 не може да се даде решаваща диагностична стойност. Независимо от това, този протеин се е доказал като придружаващ маркер за рак.
Ниво на присъствие в кръвния серум
Обикновено протеинът s100 трябва да присъства в серума в количество по-малко от 0,105 µg/l. Тази стойност съответства на горната граница на концентрация при здрав човек. Превишаването на допустимото ниво (DL) s100 може да означава:
- CP;
- мозъчна травма;
- развитие на злокачествен меланом (или неговото повторение);
- бременност;
- невробластома;
- дерматомиозит;
- покриване на големи участъци от изгаряния.
Нивата на протеин също могат да се повишат при стрес или продължителна експозициятялото в ултравиолетовата зона. Концентрацията в кръвта се определя чрез подходящ анализ.
Откриване в тялото
Има няколко начина за откриване на присъствието на s100 в серума, включително:
- имунорадиометричен анализ (IRMA);
- масова спектроскопия;
- western blot;
- ELISA (ензимен имуноанализ);
- електрохемилуминесценция;
- количествен PCR.
Всички тези аналитични методи са силно чувствителни и позволяват много точно определяне на количественото съдържание на s100. Тъй като този протеин има кратък полуживот (30 минути), високи серумни концентрации са възможни само при постоянно снабдяване от болни тъкани.
В клиничната диагностика най-често се използва автоматизиран електрохемилуминесцентен имуноанализ за протеин s100. Изследването комбинира използването на антитела срещу откриваем протеин със светлинно маркиране. Устройството определя концентрацията s100 по интензитета на хемилуминесцентното лъчение.
Антитела срещу протеин s100
В медицината антителата срещу протеина s100 имат 2 области на практическо приложение:
- diagnostic - използва се в имунологични методи за откриване на концентрацията на този протеин в серум или CSF (в този случай s100 е антиген);
- терапевтично - въвеждането на антитела в тялото се използва при лечението на някои заболявания.
Антителата упражняват ефекта си чрез модулиранеефекти върху s100 протеини. Добре известно лекарство на тази основа е Tenoten. Антителата към s100 имат благоприятен ефект върху нервната система, подобряват предаването на импулси. В допълнение, такива лекарства са в състояние да спрат симптоматичните прояви на нарушения на вегетативната функция в храносмилателната система.
