S100-proteiinit ovat perhe pienimolekyylisiä kudosspesifisiä kalsiumia sitovia proteiineja, joilla on moduloiva vaikutus ja jotka osallistuvat moniin kehon fysiologisiin prosesseihin. Nimi kuvaa tämän ryhmän yhdisteiden kykyä liueta täysin 100 % ammoniumsulfaattiliuokseen neutraaleissa pH-arvoissa.
Tällä hetkellä tunnetaan 25 tämän perheen edustajaa, jotka ovat ominaisia eri kudoksille. Tämä ominaisuus viittaa siihen, että aivospesifiset s100-proteiinit ovat proteiineja, joita on aivosoluissa ja jotka osallistuvat neurofysiologisiin prosesseihin.
Löytöhistoria
Tutkijat Moore ja Gregor eristivät ensimmäisen s100-proteiinin vuonna 1965 naudan aivoista. Myöhemmin tämän perheen proteiineja löydettiin nisäkkäistä, linnuista, matelijoista ja ihmisistä. Aluksi ajateltiin, että s100 on läsnä vain hermokudoksessa, mutta immunologisten menetelmien kehittyessä tämän ryhmän proteiineja alettiin löytää muista elimistä.
Yleiset ominaisuudet ja topografia
S100-perheen proteiineja on vain selkärankaisilla ja ihmisillä. Tämän ryhmän 25 proteiinista 15 on aivospesifisiä, joista useimmat ovat keskushermoston astrogliasolujen tuottamia, mutta joitain on myös hermosoluissa.
On todettu, että 90 % kehon koko s100-fraktiosta on liuennut solujen sytoplasmaan, 0,5 % on paikantunut tumaan ja 5-7 % liittyy kalvoihin. Pieni osa proteiinista löytyy solunulkoisesta tilasta, mukaan lukien veri ja aivo-selkäydinneste.
S100-ryhmän proteiinia on monissa elimissä (iho, maksa, sydän, perna jne.), mutta aivoissa sitä on satatuhatta kertaa enemmän. Suurin pitoisuus havaitaan pikkuaivoissa. S100-proteiinia tuotetaan myös aktiivisesti melanosyyteissä (ihokasvainsoluissa). Tämä on johtanut tämän yhdisteen käyttöön ektodermaalista alkuperää olevan kudosmarkkerina.
Kemiallisesti s100-proteiinit ovat dimeerejä, joiden molekyylipaino on 10-12 d altonia. Nämä proteiinit ovat happamia, koska ne sisältävät suuren määrän (jopa 30 %) glutamiini- ja asparagiiniaminohappojäämiä. S100-molekyylien koostumus ei sisällä fosfaatteja, hiilihydraatteja ja lipidejä. Nämä proteiinit kestävät jopa 60 asteen lämpötiloja.
Rakenne ja tilarakenne
Kaikki s100-perheen jäsenet ovat rakenteeltaan pallomaisia proteiineja. Yhden dimeerisen molekyylin koostumus sisältää 2 polypeptidiä (alfa ja beeta), jotka on liitetty toisiinsa ei-kovalenttisilla sidoksilla.
Suurin osa perheen jäsenistä on homodimeerejä, jotka muodostuvat kahdesta identtisestä alayksiköstä, mutta on myös heterodimeerejä. Jokaisella s100-molekyylin polypeptidillä on kalsiumia sitova motiivi, jota kutsutaan EF-käsiksi. Se on rakennettu spiraali-silmukka-spiraali -tyypin mukaan.
S100-proteiini sisältää 4 α-kierteistä segmenttiä, vaihtelevan pituisen keskisaranaalueen ja kaksi terminaalista vaihtelevaa domeenia (N ja C).
Toiminnan ominaisuudet
S100-proteiineilla itsessään ei ole entsymaattista aktiivisuutta. Niiden toiminta perustuu kalsiumionien sitoutumiseen, sillä ne osallistuvat moniin solujen välisiin ja solunsisäisiin prosesseihin, mukaan lukien signalointiin. Ca2+ lisääminen s100-molekyyliin johtaa sen avaruudelliseen uudelleenjärjestelyyn ja kohdeproteiinia sitovan keskuksen avaamiseen, jonka kautta vuorovaikutus muut proteiinit suoritetaan.
S100 ei siis kuulu proteiineihin, joiden päätehtävänä on säädellä Ca2+. Tämän ryhmän proteiinit ovat signaalia muuntavia kalsiumista riippuvia biologisesti aktiivisia modulaattoreita, jotka vaikuttavat solunsisäisiin ja solunulkoisiin prosesseihin sitoutumalla kohdeproteiineihin. Välittäjäaineet voivat toimia myös jälkimmäisenä, mikä on syy s100:n vaikutukselle hermoimpulssien välittymiseen.
Tällä hetkellä on paljastunut, että sinkki- ja/tai kupari-ionit toimivat säätelijöinä joillekin s100:lle Ca2+. Jälkimmäisen lisääminen voi sekä vaikuttaa suoraan proteiinin aktiivisuuteen että muuttaa sen affiniteettia kalsiumiin.
Toiminnot
Täydellistä kuvaa aivospesifisten s100-proteiinien biologisesta roolista kehossa ei ole vielä olemassa. Tästä huolimatta tämän ryhmän proteiinien osallistuminen seuraaviin prosesseihin paljastui:
- hermostokudoksen aineenvaihduntareaktioiden säätely;
- DNA-replikaatio;
- geneettisen tiedon ilmaisu;
- gliasolujen lisääntyminen;
- suoja hapettav alta (hapesta johtuv alta) soluvauriolta;
- epäkypsien hermosolujen erilaistuminen;
- neuronien kuolema apoptoosin kautta;
- sytoskeleton dynamiikka;
- fosforylaatio ja eritys;
- hermoimpulssin välitys;
- solusyklin säätely.
Lajista ja sijainnista riippuen aivospesifisillä s100-proteiineilla voi olla sekä solunsisäisiä että solunulkoisia vaikutuksia. Joidenkin proteiinien vaikutus on pitoisuudesta riippuvainen. Näin ollen hyvin tunnettu proteiini s100B osoittaa normaalipitoisuudessa neurotrofista aktiivisuutta ja kohonneilla tasoilla neurotoksista.
Sellulaariset aivospesifiset s100-proteiinit voivat osallistua tulehdusvasteisiin, säädellä glia- ja hermosolujen erilaistumista ja laukaista apoptoosia (ohjelmoitua solukuolemaa). s100:n merkitys todistettiin in vitro -kokeessa, jossa hermosolut eivät selvinneet ilmantämä proteiini.
Diagnostiikkaarvo s100
S100:n diagnostinen arvo perustuu sen pitoisuuden suhteeseen veren seerumissa (tai aivo-selkäydinnesteessä) keskushermostosairauksiin ja onkologisiin sairauksiin. On todettu, että kun gliasolut vaurioituvat, tämä proteiini pääsee solunulkoiseen tilaan, josta se tulee aivo-selkäydinnesteeseen ja sitten vereen. Siten seerumin s100-pitoisuuden nousun perusteella voidaan tehdä johtopäätös useista aivopatologioista. Tämän veren proteiinipitoisuuden ja keskushermoston sairauksien välinen suhde on kokeellisesti vahvistettu.
S100:n pitoisuuden lisääminen solunulkoisissa nesteissä johtaa paitsi tämän proteiinin solujen syntetisoivien soluesteiden tuhoutumiseen. Ensimmäinen reaktio moniin aivosairauksiin on ns. gliavaste, josta osa on astrosyyttien s100-erityksen intensiteetin lisääntyminen. Tämän proteiinin pitoisuuden lisääntyminen veressä voi myös olla merkki veri-aivoesteen rikkomisesta.
S100-tason seuranta mahdollistaa aivovaurion asteen arvioimisen, mikä on erittäin tärkeää lääketieteellisessä ennusteessa. Tämän proteiinin määrän ja neuropatologian välinen diagnostinen suhde muistuttaa c-reaktiivisen proteiinin pitoisuuden korrelaatiota systeemisen tulehduksen kanssa.
Käytä kasvainmerkkinä
S100-proteiinia alettiin käyttää kasvainmarkkerina 1980-luvun alussa. Tällä hetkellä tämä menetelmä on tehokas syövän, uusiutumisen tai etäpesäkkeiden varhaisessa havaitsemisessa. Useimmiten s100 käytetäänmelanooman tai neuroblastooman diagnosointi.
On tarpeen erottaa, milloin tämä proteiini analysoidaan keskushermoston patologioiden tai muiden sairauksien havaitsemiseksi, ja milloin sitä käytetään syövän havaitsemiseen. Jos orientaatio menee nimenomaan onkomarkkeriin, tulee s100-proteiinin dekoodauksessa ottaa huomioon myös muut mahdolliset syyt koeaineen pitoisuuden nousuun veressä. Tuloksia tulkittaessa tulee muistaa kiinnittää huomiota analyysimenetelmään, sillä viitevälin rajat (normaalit indikaattorit) riippuvat siitä
S100-markkerin suurin haittapuoli on sen alhainen selektiivisyys, koska tämän proteiinin pitoisuuden kasvu veressä ja aivo-selkäydinnesteessä voi liittyä moniin patologioihin, jotka eivät välttämättä ole luonteeltaan syöpää. Siksi s100-proteiinille ei voida antaa ratkaisevaa diagnostista arvoa. Tästä huolimatta tämä proteiini on osoittautunut kumppaniksi syövän merkkiaineeksi.
Veren seerumin läsnäolotaso
Normaalisti s100-proteiinia seerumissa pitäisi olla alle 0,105 µg/l. Tämä arvo vastaa terveen ihmisen pitoisuuden ylärajaa. Sallitun tason (DL) ylittäminen s100 voi tarkoittaa:
- CP;
- aivovamma;
- pahanlaatuisen melanooman kehittyminen (tai sen uusiutuminen);
- raskaus;
- neuroblastooma;
- dermatomyosiitti;
- peittää suuria palovammoja.
Proteiinitasot voivat myös nousta stressin tai pitkäaikaisen altistuksen seurauksenakehon ultraviolettialueella. Veren pitoisuus määritetään asianmukaisella analyysillä.
Havaitseminen kehossa
On olemassa useita tapoja havaita s100:n esiintyminen seerumissa, mukaan lukien:
- immunoradiometrinen määritys (IRMA);
- massaspektroskopia;
- western blot;
- ELISA (entsyymi-immunomääritys);
- elektrokemiluminesenssi;
- kvantitatiivinen PCR.
Kaikki nämä analyyttiset menetelmät ovat erittäin herkkiä ja mahdollistavat erittäin tarkan s100:n kvantitatiivisen sisällön määrittämisen. Koska tällä proteiinilla on lyhyt puoliintumisaika (30 minuuttia), suuret seerumipitoisuudet ovat mahdollisia vain jatkuvalla saannilla sairaista kudoksista.
Kliiniisessä diagnostiikassa käytetään useimmiten automatisoitua elektrokemiluminesenssi-immunomääritystä s100-proteiinille. Tutkimuksessa yhdistetään havaittavan proteiinin vasta-aineiden käyttö valomerkintään. Laite määrittää pitoisuuden s100 kemiluminesoivan säteilyn voimakkuudella.
Vasta-aineet proteiinille s100
Lääketieteessä s100-proteiinin vasta-aineilla on kaksi käytännön sovellutusaluetta:
- diagnostiikka - käytetään immunologisissa menetelmissä tämän proteiinin pitoisuuden havaitsemiseksi seerumissa tai aivo-selkäydinnesteessä (tässä tapauksessa s100 on antigeeni);
- terapeuttinen - vasta-aineiden tuomista elimistöön käytetään tiettyjen sairauksien hoidossa.
Vasta-aineet vaikuttavat moduloimallavaikutus s100-proteiineihin. Tältä pohj alta tunnettu lääke on Tenoten. S100:n vasta-aineet vaikuttavat suotuisasti hermostoon, parantavat impulssien välitystä. Lisäksi tällaiset lääkkeet pystyvät pysäyttämään ruoansulatuskanavan autonomisen toiminnan häiriöiden oireet.
