Proteiny S100 jsou rodinou nízkomolekulárních tkáňově specifických proteinů vážících vápník s modulačním účinkem, které se účastní mnoha fyziologických procesů v těle. Název charakterizuje schopnost sloučenin této skupiny zcela se rozpustit ve 100% roztoku síranu amonného při neutrálních hodnotách pH.
V současné době je známo 25 zástupců této čeledi, kteří jsou charakteristickí pro různé tkáně. Tato vlastnost naznačuje, že mozkově specifické proteiny s100 jsou proteiny přítomné v mozkových buňkách a účastnící se neurofyziologických procesů.
Historie objevů
První protein s100 byl izolován v roce 1965 z hovězího mozku vědci Moore a Gregor. Následně byly proteiny této rodiny nalezeny u savců, ptáků, plazů a lidí. Zpočátku se předpokládalo, že s100 je přítomen pouze v nervové tkáni, ale s rozvojem imunologických metod se proteiny této skupiny začaly nacházet i v jiných orgánech.
Obecné charakteristiky a topografie
Proteiny rodiny s100 jsou přítomny pouze u obratlovců a lidí. Z 25 proteinů v této skupině je 15 specifických pro mozek, z nichž většinu produkují astrogliální buňky v CNS, ale některé jsou také přítomny v neuronech.
Bylo zjištěno, že 90 % celé frakce s100 v těle je rozpuštěno v cytoplazmě buněk, 0,5 % je lokalizováno v jádře a 5–7 % je spojeno s membránami. Malá část proteinu se nachází v extracelulárním prostoru, včetně krve a mozkomíšního moku.
Protein skupiny s100 je přítomen v mnoha orgánech (kůže, játra, srdce, slezina atd.), ale v mozku je to stotisíckrát více. Nejvyšší koncentrace je pozorována v cerebellum. Protein s100 je také aktivně produkován v melanocytech (buňkách kožních nádorů). To vedlo k použití této sloučeniny jako tkáňového markeru ektodermálního původu.
Chemicky jsou proteiny s100 dimery s molekulovou hmotností 10-12 d altonů. Tyto proteiny jsou kyselé, protože obsahují velké množství (až 30 %) zbytků aminokyselin glutamové a asparagové. Složení molekul s100 nezahrnuje fosfáty, sacharidy a lipidy. Tyto proteiny vydrží teploty až 60 stupňů.
Struktura a prostorová konformace
Struktura všech členů rodiny s100 jsou globulární proteiny. Složení jedné dimerní molekuly zahrnuje 2 polypeptidy (alfa a beta), vzájemně spojené nekovalentními vazbami.
Většina členů rodiny jsou homodimery tvořené dvěma identickými podjednotkami, existují však také heterodimery. Každý polypeptid v molekule s100 má motiv vázající vápník nazývaný EF ruka. Je vyrobeno podle typu spirála-smyčka-spirála.
Protein s100 obsahuje 4 α-helikální segmenty, centrální pantovou oblast proměnné délky a dvě terminální variabilní domény (N a C).
Funkce akce
Proteiny S100 samotné nemají enzymatickou aktivitu. Jejich fungování je založeno na vazbě iontů vápníku, které se účastní mnoha mezibuněčných i intracelulárních procesů včetně signalizace. Přidání Ca2+ k molekule s100 vede k jejímu prostorovému přeskupení a otevření cílového protein-vazebného centra, jehož prostřednictvím dochází k interakci s ostatní proteiny se provádějí.
S100 tedy nepatří k proteinům, jejichž hlavním úkolem je regulovat koncentraci Ca2+. Proteiny této skupiny jsou na vápníku závislé biologicky aktivní modulátory převádějící signál, které ovlivňují intracelulární a extracelulární procesy prostřednictvím vazby na cílové proteiny. Neurotransmitery mohou také působit jako posledně jmenované, což je důvodem vlivu s100 na přenos nervových vzruchů.
V současné době bylo odhaleno, že ionty zinku a/nebo mědi fungují jako regulátory pro některé s100 místo Ca2+. Přidání posledně jmenovaného může jak přímo ovlivnit aktivitu proteinu, tak změnit jeho afinitu k vápníku.
Funkce
Úplný obraz biologické role mozkově specifických proteinů s100 v těle dosud neexistuje. Přesto byla odhalena účast proteinů této skupiny v následujících procesech:
- regulace metabolických reakcí nervové tkáně;
- replikace DNA;
- vyjádření genetické informace;
- proliferace gliových buněk;
- ochrana před oxidativním poškozením buněk (souvisejícím s kyslíkem);
- diferenciace nezralých neuronů;
- smrt neuronů prostřednictvím apoptózy;
- dynamika cytoskeletu;
- fosforylace a sekrece;
- přenos nervového vzruchu;
- regulace buněčného cyklu.
V závislosti na druhu a lokalizaci mohou mít proteiny s100 specifické pro mozek intracelulární i extracelulární účinky. Účinek některých proteinů je závislý na koncentraci. Dobře známý protein s100B v normálním obsahu tedy vykazuje neurotrofní aktivitu a ve zvýšených hladinách - neurotoxický.
Extracelulární mozkově specifické proteiny s100 se mohou podílet na zánětlivých reakcích, regulovat gliální a neuronální diferenciaci a spouštět apoptózu (programovanou buněčnou smrt). Význam s100 byl prokázán v experimentu in vitro, ve kterém neurony nepřežily bez přítomnostitento protein.
Diagnostická hodnota s100
Diagnostická hodnota s100 je založena na vztahu jeho koncentrace v krevním séru (nebo mozkomíšním moku) s patologiemi CNS a onkologickými onemocněními. Bylo zjištěno, že při poškození gliových buněk se tento protein dostává do extracelulárního prostoru, odkud se dostává do mozkomíšního moku a následně do krve. Na základě zvýšení koncentrace s100 v séru lze tedy učinit závěr o řadě mozkových patologií. Vztah mezi obsahem tohoto proteinu v krvi a onemocněními centrálního nervového systému byl experimentálně potvrzen.
Zvýšení koncentrace s100 v extracelulárních tekutinách vede nejen kvůli destrukci buněčných bariér syntetizujících tento protein buňky. První odpovědí na mnoho mozkových patologií je tzv. gliová odpověď, jejíž součástí je zvýšení intenzity sekrece s100 astrocyty. Zvýšení obsahu tohoto proteinu v krvi může také znamenat porušení hematoencefalické bariéry.
Sledování hladiny s100 vám umožňuje posoudit stupeň poškození mozku, což má velký význam pro lékařskou prognózu. Diagnostický vztah mezi množstvím tohoto proteinu a neuropatologií připomíná korelaci koncentrace c-reaktivního proteinu se systémovým zánětem.
Použít jako nádorový marker
Protein s100 se začal používat jako nádorový marker na počátku 80. let. V současné době je tato metoda účinná pro včasné odhalení rakoviny, recidivy nebo metastázy. Nejčastěji se používá s100diagnostika melanomu nebo neuroblastomu.
Je nutné rozlišovat mezi tím, kdy je tento protein analyzován k detekci patologií CNS nebo jiných onemocnění, a kdy je použit k detekci rakoviny. Pokud orientace směřuje specificky k onkomarkeru, mělo by dekódování proteinu s100 zohledňovat i další možné důvody zvýšení koncentrace testované látky v krvi. Při interpretaci výsledků věnujte pozornost metodě analýzy, protože na ní závisí hranice referenčního intervalu (normální ukazatele).
Hlavní nevýhodou markeru s100 je jeho nízká selektivita, protože zvýšení koncentrace tohoto proteinu v krvi a CSF může být spojeno s mnoha patologickými stavy, které nemusí být nutně rakovinné povahy. Proto proteinu s100 nelze přisoudit rozhodující diagnostickou hodnotu. Přesto se tento protein osvědčil jako doprovodný marker rakoviny.
Hladina přítomnosti v krevním séru
Normálně by měl být protein s100 přítomen v séru v množství menším než 0,105 µg/l. Tato hodnota odpovídá horní hranici koncentrace u zdravého člověka. Překročení povolené úrovně (DL) s100 může znamenat:
- CP;
- zranění mozku;
- rozvoj maligního melanomu (nebo jeho recidivy);
- těhotenství;
- neuroblastom;
- dermatomyozitida;
- pokrývá velké oblasti popálenin.
Hladiny bílkovin se mohou také zvýšit při stresu nebo dlouhodobé expozicitělo v ultrafialové zóně. Koncentrace v krvi je určena příslušnou analýzou.
Detekce v těle
Existuje několik způsobů, jak zjistit přítomnost s100 v séru, včetně:
- imunoradiometrický test (IRMA);
- hmotnostní spektroskopie;
- western blot;
- ELISA (enzymová imunoanalýza);
- elektrochemiluminiscence;
- kvantitativní PCR.
Všechny tyto analytické metody jsou vysoce citlivé a umožňují velmi přesné stanovení kvantitativního obsahu s100. Vzhledem k tomu, že tento protein má krátký poločas rozpadu (30 minut), vysoké koncentrace v séru jsou možné pouze při stálém přísunu z nemocných tkání.
V klinické diagnostice se nejčastěji používá automatizovaný elektrochemiluminiscenční imunotest na protein s100. Studie kombinuje použití protilátek proti detekovatelné bílkovině se světelným značením. Zařízení určuje koncentraci s100 podle intenzity chemiluminiscenčního záření.
Protilátky proti proteinu s100
V lékařství mají protilátky proti proteinu s100 2 oblasti praktického použití:
- diagnostický – používá se v imunologických metodách k detekci koncentrace tohoto proteinu v séru nebo CSF (v tomto případě je s100 antigen);
- léčebné - zavádění protilátek do těla se používá při léčbě určitých onemocnění.
Protilátky uplatňují svůj účinek prostřednictvím modulaceúčinky na proteiny s100. Známým lékem na tomto základě je Tenoten. Protilátky proti s100 příznivě působí na nervový systém, zlepšují přenos vzruchů. Kromě toho jsou takové léky schopny zastavit symptomatické projevy poruch autonomních funkcí v trávicím systému.
