S100 proteīni ir zemas molekulmasas audiem specifisku kalciju saistošu proteīnu saime ar modulējošu efektu, kas ir iesaistīti daudzos fizioloģiskajos procesos organismā. Nosaukums raksturo šīs grupas savienojumu spēju pilnībā izšķīst 100% amonija sulfāta šķīdumā pie neitrālām pH vērtībām.
Šobrīd zināmi 25 šīs dzimtas pārstāvji, kas raksturīgi dažādiem audiem. Šī īpašība liecina, ka smadzenēm specifiskie s100 proteīni ir proteīni, kas atrodas smadzeņu šūnās un ir iesaistīti neirofizioloģiskos procesos.
Atklājumu vēsture
Pirmo s100 proteīnu 1965. gadā no liellopu smadzenēm izdalīja zinātnieki Mūrs un Gregors. Pēc tam šīs ģimenes olb altumvielas tika atrastas zīdītājiem, putniem, rāpuļiem un cilvēkiem. Sākotnēji tika uzskatīts, ka s100 atrodas tikai nervu audos, taču, attīstoties imunoloģiskām metodēm, šīs grupas olb altumvielas sāka atrast arī citos orgānos.
Vispārīgie raksturlielumi un topogrāfija
S100 saimes olb altumvielas ir tikai mugurkaulniekiem un cilvēkiem. No 25 šīs grupas olb altumvielām 15 ir specifiskas smadzenēm, no kurām lielāko daļu ražo CNS astrogliālās šūnas, bet dažas atrodas arī neironos.
Noskaidrots, ka 90% no visas s100 frakcijas organismā ir izšķīdinātas šūnu citoplazmā, 0,5% lokalizējas kodolā un 5-7% ir saistīti ar membrānām. Neliela proteīna daļa atrodas ārpusšūnu telpā, tostarp asinīs un cerebrospinālajā šķidrumā.
S100 grupas proteīns ir daudzos orgānos (ādā, aknās, sirdī, liesā utt.), bet smadzenēs to ir simts tūkstošus reižu vairāk. Vislielākā koncentrācija tiek novērota smadzenītēs. S100 proteīns tiek aktīvi ražots arī melanocītos (ādas audzēju šūnās). Tā rezultātā šis savienojums ir izmantots kā ektodermālas izcelsmes audu marķieris.
Ķīmiski s100 proteīni ir dimēri, kuru molekulmasa ir 10–12 d altoni. Šīs olb altumvielas ir skābas, jo satur lielu daudzumu (līdz 30%) glutamīnskābes un asparagīnskābes aminoskābju atlikumu. S100 molekulu sastāvā nav fosfātu, ogļhidrātu un lipīdu. Šīs olb altumvielas var izturēt temperatūru līdz 60 grādiem.
Struktūra un telpiskā uzbūve
Visu s100 saimes locekļu struktūra ir lodveida proteīni. Vienas dimēra molekulas sastāvā ir 2 polipeptīdi (alfa un beta), kas savienoti viens ar otru ar nekovalentām saitēm.
Lielākā daļa ģimenes locekļu ir homodimēri, ko veido divas identiskas apakšvienības, taču ir arī heterodimēri. Katram polipeptīdam s100 molekulā ir kalciju saistošs motīvs, ko sauc par EF roku. Tas ir veidots pēc spirāles-cilpas-spirāles tipa.
S100 proteīns satur 4 α-spirāles segmentus, mainīga garuma centrālo eņģes reģionu un divus terminālos mainīgos domēnus (N un C).
Darbības iezīmes
S100 proteīniem pašiem nav fermentatīvās aktivitātes. To darbības pamatā ir kalcija jonu saistīšanās, kas ir iesaistīti daudzos starpšūnu un intracelulāros procesos, tostarp signalizācijā. Ca2+ pievienošana s100 molekulai noved pie tās telpiskās pārkārtošanās un mērķa proteīnu saistīšanās centra atvēršanas, caur kuru notiek mijiedarbība ar tiek veiktas citas olb altumvielas.
Tādējādi s100 nepieder pie olb altumvielām, kuru galvenais uzdevums ir regulēt Ca2+. Šīs grupas olb altumvielas ir signālu pārveidojoši no kalcija atkarīgi bioloģiski aktīvi modulatori, kas ietekmē intracelulāros un ārpusšūnu procesus, saistoties ar mērķa proteīniem. Neirotransmiteri var darboties arī kā pēdējie, kas ir iemesls s100 ietekmei uz nervu impulsu pārraidi.
Pašlaik ir atklāts, ka cinka un/vai vara joni darbojas kā regulatori dažiem s100 Ca2+. Pēdējā pievienošana var gan tieši ietekmēt proteīna aktivitāti, gan mainīt tā afinitāti pret kalciju.
Funkcijas
Pilnīgs priekšstats par smadzenēm raksturīgo s100 proteīnu bioloģisko lomu organismā vēl nepastāv. Tomēr tika atklāta šīs grupas proteīnu dalība šādos procesos:
- nervu audu vielmaiņas reakciju regulēšana;
- DNS replikācija;
- ģenētiskās informācijas izpausme;
- glia šūnu proliferācija;
- aizsardzība pret oksidatīviem (ar skābekli saistītiem) šūnu bojājumiem;
- nenobriedušu neironu diferenciācija;
- neironu nāve apoptozes rezultātā;
- citoskeleta dinamika;
- fosforilēšana un sekrēcija;
- nervu impulsa pārraide;
- šūnu cikla regulēšana.
Atkarībā no sugas un lokalizācijas smadzenēm specifiskiem s100 proteīniem var būt gan intracelulārs, gan ārpusšūnu efekts. Dažu proteīnu iedarbība ir atkarīga no koncentrācijas. Tādējādi labi zināmais proteīns s100B normālā saturā uzrāda neirotrofisku aktivitāti, bet paaugstinātā līmenī – neirotoksisku.
Ekstracelulāri smadzenēm raksturīgie s100 proteīni var būt iesaistīti iekaisuma reakcijās, regulēt glia un neironu diferenciāciju un izraisīt apoptozi (ieprogrammētu šūnu nāvi). S100 nozīme tika pierādīta in vitro eksperimentā, kurā neironi neizdzīvoja bezšis proteīns.
Diagnostikas vērtība s100
S100 diagnostiskā vērtība ir balstīta uz tā koncentrācijas saistību ar asins serumā (vai cerebrospinālajā šķidrumā) ar CNS patoloģijām un onkoloģiskām slimībām. Konstatēts, ka tad, kad tiek bojātas glia šūnas, šis proteīns nonāk ārpusšūnu telpā, no kurienes tas nonāk cerebrospinālajā šķidrumā un pēc tam asinīs. Tādējādi, pamatojoties uz s100 koncentrācijas palielināšanos serumā, var izdarīt secinājumu par vairākām smadzeņu patoloģijām. Eksperimentāli ir apstiprināta saistība starp šī proteīna saturu asinīs un centrālās nervu sistēmas slimībām.
Lai palielinātu s100 koncentrāciju ekstracelulārajos šķidrumos, novest ne tikai tāpēc, ka tiek iznīcinātas šūnu barjeras, kas sintezē šī proteīna šūnas. Pirmā reakcija uz daudzām smadzeņu patoloģijām ir tā sauktā glia reakcija, kuras daļa ir astrocītu s100 sekrēcijas intensitātes palielināšanās. Šī proteīna satura palielināšanās asinīs var liecināt arī par hematoencefālās barjeras pārkāpumu.
S100 līmeņa uzraudzība ļauj novērtēt smadzeņu bojājuma pakāpi, kam ir liela nozīme medicīniskās prognozēs. Diagnostiskā saistība starp šī proteīna daudzumu un neiropatoloģiju atgādina c-reaktīvā proteīna koncentrācijas korelāciju ar sistēmisku iekaisumu.
Izmantot kā audzēja marķieri
S100 proteīnu sāka izmantot kā audzēja marķieri 1980. gadu sākumā. Pašlaik šī metode ir efektīva vēža, recidīvu vai metastāžu agrīnai atklāšanai. Visbiežāk tiek izmantots s100diagnosticēt melanomu vai neiroblastomu.
Ir jānošķir, kad šis proteīns tiek analizēts, lai noteiktu CNS patoloģijas vai citas slimības, un kad to izmanto vēža noteikšanai. Ja orientācija attiecas tieši uz onkomarķieri, s100 proteīna dekodēšanā jāņem vērā arī citi iespējamie cēloņi, kas izraisa pārbaudāmās vielas koncentrācijas palielināšanos asinīs. Interpretējot rezultātus, noteikti pievērsiet uzmanību analīzes metodei, jo no tās ir atkarīgas atskaites intervāla robežas (normālie rādītāji).
S100 marķiera galvenais trūkums ir tā zemā selektivitāte, jo šī proteīna koncentrācijas palielināšanās asinīs un CSF var būt saistīta ar daudzām patoloģijām, kas ne vienmēr ir vēža rakstura. Tāpēc proteīnam s100 nevar piešķirt izšķirošu diagnostisko vērtību. Tomēr šis proteīns ir sevi pierādījis kā vēža marķieris.
Klātbūtnes līmenis asins serumā
Parasti s100 proteīnam serumā jābūt mazākam par 0,105 µg/l. Šī vērtība atbilst koncentrācijas augšējai robežai veselam cilvēkam. Pieļaujamā līmeņa (DL) s100 pārsniegšana var norādīt:
- CP;
- smadzeņu trauma;
- ļaundabīgas melanomas attīstība (vai tās recidīvs);
- grūtniecība;
- neiroblastoma;
- dermatomiozīts;
- nosedz lielas apdegumu vietas.
Proteīna līmenis var palielināties arī stresa vai ilgstošas iedarbības rezultātāķermenis ultravioletajā zonā. Koncentrāciju asinīs nosaka ar atbilstošu analīzi.
Atklāšana ķermenī
Ir vairāki veidi, kā noteikt s100 klātbūtni serumā, tostarp:
- imūnradiometriskais tests (IRMA);
- masu spektroskopija;
- western blot;
- ELISA (enzīmu imūntests);
- elektroķīmiluminiscence;
- kvantitatīvā PCR.
Visas šīs analītiskās metodes ir ļoti jutīgas un ļauj ļoti precīzi noteikt s100 kvantitatīvo saturu. Tā kā šim proteīnam ir īss pussabrukšanas periods (30 minūtes), augsta koncentrācija serumā ir iespējama tikai ar pastāvīgu piegādi no slimiem audiem.
Klīniskajā diagnostikā visbiežāk izmanto automatizētu elektroķīmiluminiscējošu imūntestu s100 proteīnam. Pētījums apvieno antivielu izmantošanu pret nosakāmu proteīnu ar gaismas marķējumu. Ierīce nosaka koncentrāciju s100 pēc hemiluminiscējošā starojuma intensitātes.
Antivielas pret proteīnu s100
Medicīnā antivielām pret s100 proteīnu ir 2 praktiskā pielietojuma jomas:
- diagnostika - izmanto imunoloģiskās metodēs, lai noteiktu šī proteīna koncentrāciju serumā vai CSF (šajā gadījumā s100 ir antigēns);
- ārstnieciskā - antivielu ievadīšana organismā tiek izmantota noteiktu slimību ārstēšanā.
Antivielas iedarbojas, modulējotietekme uz s100 proteīniem. Plaši pazīstama narkotika, pamatojoties uz to, ir Tenoten. Antivielas pret s100 labvēlīgi ietekmē nervu sistēmu, uzlabo impulsu pārraidi. Turklāt šādas zāles spēj apturēt gremošanas sistēmas veģetatīvās funkcijas traucējumu simptomātiskās izpausmes.
