Proteíny S100 sú skupinou nízkomolekulárnych tkanivovo špecifických proteínov viažucich vápnik s modulačným účinkom, ktoré sa podieľajú na mnohých fyziologických procesoch v tele. Názov charakterizuje schopnosť zlúčenín tejto skupiny úplne sa rozpustiť v 100% roztoku síranu amónneho pri neutrálnych hodnotách pH.
V súčasnosti je známych 25 zástupcov tejto čeľade, ktorí sú charakteristickí pre rôzne tkanivá. Táto vlastnosť naznačuje, že proteíny s100 špecifické pre mozog sú proteíny prítomné v mozgových bunkách a zapojené do neurofyziologických procesov.
História objavov
Prvý proteín s100 izolovali v roku 1965 z hovädzieho mozgu vedci Moore a Gregor. Následne boli proteíny tejto rodiny nájdené u cicavcov, vtákov, plazov a ľudí. Pôvodne sa predpokladalo, že s100 je prítomný iba v nervovom tkanive, ale s rozvojom imunologických metód sa proteíny tejto skupiny začali nachádzať aj v iných orgánoch.
Všeobecné charakteristiky a topografia
Proteíny z rodiny s100 sú prítomné iba u stavovcov a ľudí. Z 25 proteínov v tejto skupine je 15 špecifických pre mozog, z ktorých väčšina je produkovaná astrogliálnymi bunkami v CNS, ale niektoré sú prítomné aj v neurónoch.
Zistilo sa, že 90 % celej frakcie s100 v tele je rozpustených v cytoplazme buniek, 0,5 % je lokalizovaných v jadre a 5 – 7 % je spojených s membránami. Malá časť proteínu sa nachádza v extracelulárnom priestore, vrátane krvi a cerebrospinálnej tekutiny.
Proteín skupiny s100 je prítomný v mnohých orgánoch (koža, pečeň, srdce, slezina atď.), no v mozgu je to stotisíckrát viac. Najvyššia koncentrácia sa pozoruje v mozočku. Proteín s100 je tiež aktívne produkovaný v melanocytoch (bunkách kožných nádorov). To viedlo k použitiu tejto zlúčeniny ako tkanivového markera ektodermálneho pôvodu.
Chemicky sú proteíny s100 diméry s molekulovou hmotnosťou 10-12 d altonov. Tieto proteíny sú kyslé, pretože obsahujú veľké množstvo (až 30 %) zvyškov aminokyselín glutámovej a asparágovej. Zloženie molekúl s100 nezahŕňa fosfáty, sacharidy a lipidy. Tieto proteíny vydržia teploty až 60 stupňov.
Štruktúra a priestorová konformácia
Štruktúra všetkých členov rodiny s100 sú globulárne proteíny. Zloženie jednej dimérnej molekuly zahŕňa 2 polypeptidy (alfa a beta), ktoré sú navzájom spojené nekovalentnými väzbami.
Väčšina členov rodiny sú homodiméry tvorené dvoma identickými podjednotkami, existujú však aj heterodiméry. Každý polypeptid v molekule s100 má motív viažuci vápnik nazývaný EF ruka. Je vyrobený podľa typu špirála-slučka-špirála.
Proteín s100 obsahuje 4 α-helikálne segmenty, centrálnu pántovú oblasť premenlivej dĺžky a dve terminálne variabilné domény (N a C).
Funkcie akcie
Proteíny S100 samotné nemajú enzymatickú aktivitu. Ich fungovanie je založené na väzbe iónov vápnika, ktoré sa podieľajú na mnohých medzibunkových a vnútrobunkových procesoch vrátane signalizácie. Pridanie Ca2+ k molekule s100 vedie k jej priestorovému preskupeniu a otvoreniu cieľového proteínového väzbového centra, prostredníctvom ktorého dochádza k interakcii s ostatné proteíny sa vykonávajú.
S100 teda nepatria k proteínom, ktorých hlavnou úlohou je regulovať koncentráciu Ca2+. Proteíny tejto skupiny sú od vápnika závislé biologicky aktívne modulátory konvertujúce signál, ktoré ovplyvňujú intracelulárne a extracelulárne procesy prostredníctvom väzby na cieľové proteíny. Neurotransmitery môžu pôsobiť aj ako druhé, čo je dôvodom vplyvu s100 na prenos nervových impulzov.
V súčasnosti sa zistilo, že ióny zinku a/alebo medi pôsobia ako regulátory pre niektoré s100 namiesto Ca2+. Pridanie posledne menovaného môže priamo ovplyvniť aktivitu proteínu a zmeniť jeho afinitu k vápniku.
Funkcie
Úplný obraz o biologickej úlohe proteínov s100 špecifických pre mozog v tele zatiaľ neexistuje. Napriek tomu bola odhalená účasť proteínov tejto skupiny v nasledujúcich procesoch:
- regulácia metabolických reakcií nervového tkaniva;
- replikácia DNA;
- prejav genetickej informácie;
- proliferácia gliových buniek;
- ochrana pred oxidačným (kyslíkom podmieneným) poškodením buniek;
- diferenciácia nezrelých neurónov;
- smrť neurónov prostredníctvom apoptózy;
- dynamika cytoskeletu;
- fosforylácia a sekrécia;
- prenos nervového vzruchu;
- regulácia bunkového cyklu.
V závislosti od druhu a lokalizácie môžu mať proteíny s100 špecifické pre mozog intracelulárne aj extracelulárne účinky. Účinok niektorých proteínov je závislý od koncentrácie. Známy proteín s100B teda pri normálnom obsahu vykazuje neurotrofickú aktivitu a pri zvýšených hladinách - neurotoxický.
Extracelulárne mozgovo špecifické s100 proteíny sa môžu podieľať na zápalových reakciách, regulovať gliálnu a neuronálnu diferenciáciu a spúšťať apoptózu (programovanú bunkovú smrť). Význam s100 bol dokázaný v in vitro experimente, v ktorom neuróny neprežili bez prítomnostitento proteín.
Diagnostická hodnota s100
Diagnostická hodnota s100 je založená na vzťahu jeho koncentrácie v krvnom sére (alebo cerebrospinálnom moku) s patológiami CNS a onkologickými ochoreniami. Zistilo sa, že pri poškodení gliových buniek sa tento proteín dostáva do extracelulárneho priestoru, odkiaľ sa dostáva do cerebrospinálnej tekutiny a následne do krvi. Na základe zvýšenia koncentrácie s100 v sére je teda možné vyvodiť záver o množstve mozgových patológií. Vzťah medzi obsahom tohto proteínu v krvi a ochoreniami centrálneho nervového systému bol experimentálne potvrdený.
Zvýšenie koncentrácie s100 v extracelulárnych tekutinách vedie nielen kvôli deštrukcii bunkových bariér syntetizujúcich tento proteín. Prvou odpoveďou na mnohé mozgové patológie je takzvaná gliová odpoveď, ktorej súčasťou je zvýšenie intenzity sekrécie s100 astrocytmi. Zvýšenie obsahu tohto proteínu v krvi môže tiež naznačovať porušenie hematoencefalickej bariéry.
Monitorovanie hladiny s100 vám umožňuje posúdiť stupeň poškodenia mozgu, čo má veľký význam pre medicínsku prognózu. Diagnostický vzťah medzi množstvom tohto proteínu a neuropatológiou pripomína koreláciu koncentrácie c-reaktívneho proteínu so systémovým zápalom.
Použiť ako nádorový marker
Proteín s100 sa začal používať ako nádorový marker začiatkom osemdesiatych rokov. V súčasnosti je táto metóda účinná na včasné odhalenie rakoviny, recidívy alebo metastázy. Najčastejšie sa používa s100diagnostikovanie melanómu alebo neuroblastómu.
Je potrebné rozlišovať medzi tým, kedy sa tento proteín analyzuje na detekciu patológií CNS alebo iných ochorení, a kedy sa používa na detekciu rakoviny. Ak ide orientácia špecificky na onkomarker, dekódovanie proteínu s100 by malo brať do úvahy aj ďalšie možné dôvody zvýšenia koncentrácie testovanej látky v krvi. Pri interpretácii výsledkov nezabudnite venovať pozornosť metóde analýzy, pretože od nej závisia hranice referenčného intervalu (normálne ukazovatele).
Hlavnou nevýhodou markera s100 je jeho nízka selektivita, pretože zvýšenie koncentrácie tohto proteínu v krvi a CSF môže byť spojené s mnohými patológiami, ktoré nemusia byť nevyhnutne rakovinové. Preto proteínu s100 nemožno prisúdiť rozhodujúcu diagnostickú hodnotu. Napriek tomu sa tento proteín osvedčil ako sprievodný marker rakoviny.
Hladina prítomnosti v krvnom sére
Normálne by mal byť proteín s100 prítomný v sére v množstve menšom ako 0,105 µg/l. Táto hodnota zodpovedá hornej hranici koncentrácie u zdravého človeka. Prekročenie povolenej úrovne (DL) s100 môže znamenať:
- CP;
- zranenie mozgu;
- rozvoj malígneho melanómu (alebo jeho recidívy);
- tehotenstvo;
- neuroblastóm;
- dermatomyozitída;
- pokrytie veľkých plôch popálenín.
Hladina bielkovín sa môže zvýšiť aj pri strese alebo dlhšom vystavenítelo v ultrafialovej zóne. Koncentrácia v krvi je určená vhodnou analýzou.
Detekcia v tele
Existuje niekoľko spôsobov, ako zistiť prítomnosť s100 v sére, vrátane:
- imunoradiometrický test (IRMA);
- hmotnostná spektroskopia;
- western blot;
- ELISA (enzýmový imunotest);
- elektrochemiluminiscencia;
- kvantitatívna PCR.
Všetky tieto analytické metódy sú vysoko citlivé a umožňujú veľmi presné stanovenie kvantitatívneho obsahu s100. Keďže tento proteín má krátky polčas rozpadu (30 minút), vysoké sérové koncentrácie sú možné len pri stálom prísune z chorých tkanív.
V klinickej diagnostike sa najčastejšie používa automatizovaný elektrochemiluminiscenčný imunotest na proteín s100. Štúdia kombinuje použitie protilátok proti detegovateľnému proteínu so svetelným značením. Prístroj určuje koncentráciu s100 podľa intenzity chemiluminiscenčného žiarenia.
Protilátky proti proteínu s100
V medicíne majú protilátky proti proteínu s100 2 oblasti praktického využitia:
- diagnostický – používa sa v imunologických metódach na zistenie koncentrácie tohto proteínu v sére alebo CSF (v tomto prípade je s100 antigén);
- terapeutické - zavádzanie protilátok do tela sa využíva pri liečbe niektorých chorôb.
Protilátky uplatňujú svoj účinok prostredníctvom modulácieúčinky na proteíny s100. Známym liekom na tomto základe je Tenoten. Protilátky proti s100 priaznivo pôsobia na nervový systém, zlepšujú prenos impulzov. Okrem toho sú takéto lieky schopné zastaviť symptomatické prejavy porúch autonómnych funkcií v tráviacom systéme.
