Az S100 fehérjék kis molekulatömegű, szövetspecifikus kalciumkötő fehérjék családja, amelyek moduláló hatással bírnak, és számos fiziológiai folyamatban vesznek részt a szervezetben. A név az ebbe a csoportba tartozó vegyületek azon képességét jellemzi, hogy semleges pH-értéken teljesen feloldódnak 100%-os ammónium-szulfát-oldatban.
Jelenleg ennek a családnak 25 olyan képviselője ismert, amelyek különböző szövetekre jellemzőek. Ez a tulajdonság arra utal, hogy az agyspecifikus s100 fehérjék olyan fehérjék, amelyek az agysejtekben jelen vannak, és részt vesznek a neurofiziológiai folyamatokban.
Felfedezési előzmények
Az első s100 fehérjét 1965-ben izolálták szarvasmarha-agyból Moore és Gregor tudósok. Ezt követően a családba tartozó fehérjéket emlősökben, madarakban, hüllőkben és emberekben találták meg. Kezdetben úgy gondolták, hogy az s100 csak az idegszövetben van jelen, de az immunológiai módszerek fejlődésével ebbe a csoportba tartozó fehérjéket más szervekben is elkezdték megtalálni.
Általános jellemzők és domborzat
Az s100 család fehérjéi csak gerincesekben és emberekben vannak jelen. Az ebbe a csoportba tartozó 25 fehérjéből 15 agyspecifikus, ezek többségét a központi idegrendszer asztrogliasejtek termelik, de néhányuk a neuronokban is jelen van.
Megállapítást nyert, hogy a szervezetben lévő teljes s100-frakció 90%-a a sejtek citoplazmájában oldódik, 0,5%-a a sejtmagban lokalizálódik, 5-7%-a pedig a membránokhoz kapcsolódik. A fehérje egy kis része az extracelluláris térben található, beleértve a vért és a cerebrospinális folyadékot.
Az s100 csoport fehérje számos szervben (bőr, máj, szív, lép stb.) jelen van, de az agyban százezerszer több. A legnagyobb koncentráció a kisagyban figyelhető meg. Az s100 fehérje aktívan termelődik a melanocitákban (bőrtumorsejtek). Ennek eredményeként ezt a vegyületet ektodermális eredetű szöveti markerként használták.
Kémiailag az s100 fehérjék 10-12 d alton molekulatömegű dimerek. Ezek a fehérjék savasak, mert nagy mennyiségben (akár 30%-ban) tartalmaznak glutamin- és aszparaginsav-aminosav-maradékot. Az s100 molekulák összetétele nem tartalmaz foszfátokat, szénhidrátokat és lipideket. Ezek a fehérjék akár 60 fokos hőmérsékletet is elviselnek.
Struktúra és térbeli konformáció
Az s100 család összes tagjának szerkezete globuláris fehérje. Egy dimer molekula 2 polipeptidet (alfa és béta) tartalmaz, amelyek nem kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz.
A család legtöbb tagja homodimer, amelyet két azonos alegység alkot, de vannak heterodimerek is. Az s100 molekulán belül minden polipeptidnek van egy kalciumkötő motívuma, amelyet EF kéznek neveznek. Spirál-hurok-spirál típus szerint épül fel.
Az s100 fehérje 4 α-helikális szegmenst, egy változó hosszúságú központi csuklórégiót és két terminális variábilis domént (N és C) tartalmaz.
Működési jellemzők
AzS100 fehérjék maguk nem rendelkeznek enzimatikus aktivitással. Működésük a kalciumionok megkötésén alapul, amelyek számos sejtközi és intracelluláris folyamatban vesznek részt, beleértve a jelátvitelt is. Ca2+ hozzáadása az s100 molekulához annak térbeli átrendeződéséhez és a célfehérje-kötő központ megnyitásához vezet, amelyen keresztül más fehérjéket végeznek.
Így az s100 nem tartozik azon fehérjék közé, amelyek fő feladata a Ca2+ szabályozása. Az ebbe a csoportba tartozó fehérjék jelkonvertáló kalciumfüggő biológiailag aktív modulátorok, amelyek a célfehérjékhez való kötődésen keresztül befolyásolják az intracelluláris és extracelluláris folyamatokat. Ez utóbbiként neurotranszmitterek is működhetnek, ez az oka annak, hogy az s100 befolyásolja az idegimpulzusok átvitelét.
Jelenleg kiderült, hogy a cink- és/vagy rézionok bizonyos s100-nál szabályozóként működnek a Ca2+ helyett. Ez utóbbi hozzáadása közvetlenül befolyásolhatja a fehérje aktivitását és megváltoztathatja a kalcium iránti affinitását.
Funkciók
Még nem létezik teljes kép az agyspecifikus s100 fehérjék szervezetben betöltött biológiai szerepéről. Ennek ellenére az ebbe a csoportba tartozó fehérjék részvétele a következő folyamatokban derült ki:
- idegszövet metabolikus reakcióinak szabályozása;
- DNS-replikáció;
- genetikai információ kifejezése;
- gliasejtek proliferációja;
- védelem az oxidatív (oxigénnel összefüggő) sejtkárosodás ellen;
- éretlen neuronok differenciálódása;
- neuronok halála apoptózis révén;
- citoszkeleton dinamika;
- foszforiláció és szekréció;
- idegimpulzus továbbítása;
- sejtciklus szabályozása.
A fajtól és a lokalizációtól függően az agyspecifikus s100 fehérjéknek intracelluláris és extracelluláris hatásai is lehetnek. Egyes fehérjék hatása koncentrációfüggő. Így a jól ismert s100B fehérje normál tartalom mellett neurotróf aktivitást mutat, magasabb szinten pedig neurotoxikus.
Az extracelluláris agyspecifikus s100 fehérjék részt vehetnek a gyulladásos válaszokban, szabályozhatják a glia és a neuronális differenciálódást, és beindíthatják az apoptózist (programozott sejthalált). Az s100 fontosságát egy in vitro kísérletben igazolták, amelyben a neuronok nem maradtak életbenez a fehérje.
Diagnosztikai érték s100
Az s100 diagnosztikai értéke a vérszérumban (vagy agy-gerincvelői folyadékban) lévő koncentrációjának a központi idegrendszeri patológiákkal és onkológiai betegségekkel való kapcsolatán alapul. Megállapítást nyert, hogy a gliasejtek károsodása esetén ez a fehérje az extracelluláris térbe kerül, ahonnan a cerebrospinális folyadékba, majd a vérbe jut. Így a szérum s100 koncentrációjának növekedése alapján számos agyi patológiára lehet következtetést levonni. A vér e fehérje tartalma és a központi idegrendszer betegségei közötti összefüggést kísérletileg igazolták.
Az s100 koncentrációjának növelése az extracelluláris folyadékokban nem csak az ezt a fehérjét szintetizáló sejtfalak pusztulása miatt vezet. Számos agyi patológiára az első válasz az úgynevezett gliaválasz, amelynek része az asztrociták általi s100 szekréció intenzitásának növekedése. Ennek a fehérjének a vérben való növekedése a vér-agy gát megsértésére is utalhat.
Az s100 szintjének nyomon követése lehetővé teszi az agykárosodás mértékének felmérését, ami nagyon fontos az orvosi prognózisban. A fehérje mennyisége és a neuropatológia közötti diagnosztikai kapcsolat hasonlít a c-reaktív fehérje koncentrációja és a szisztémás gyulladás közötti összefüggésre.
Használja tumormarkerként
Az s100 fehérjét az 1980-as évek elején kezdték használni tumormarkerként. Jelenleg ez a módszer hatékony a rák, a kiújulás vagy az áttétek korai felismerésére. Leggyakrabban az s100-at használjákmelanoma vagy neuroblasztóma diagnosztizálása.
Különbséget kell tenni aközött, hogy ezt a fehérjét mikor elemzik a központi idegrendszeri patológiák vagy más betegségek kimutatására, és mikor használják a rák kimutatására. Ha az orientáció kifejezetten az onkomarkerre irányul, akkor az s100 fehérje dekódolásánál figyelembe kell venni a vizsgált anyag vérbeli koncentrációjának növekedésének egyéb lehetséges okait is. Az eredmények értelmezésekor ügyeljen az elemzés módszerére, mivel a referenciaintervallum határai (normál mutatók) attól függnek
Az s100 marker fő hátránya az alacsony szelektivitása, mivel e fehérje koncentrációjának növekedése a vérben és a CSF-ben számos, nem feltétlenül rákos természetű patológiával hozható összefüggésbe. Ezért az s100 fehérje nem adható döntő diagnosztikai értékkel. Mindazonáltal ez a fehérje a rák társmarkereként bizonyult.
Jelenléti szint a vérszérumban
Normális esetben az s100 fehérjének 0,105 µg/l-nél kisebb mennyiségben kell jelen lennie a szérumban. Ez az érték megfelel az egészséges ember koncentrációjának felső határának. A megengedett szint (DL) túllépése az s100 a következőket jelezheti:
- CP;
- agysérülés;
- rosszindulatú melanoma kialakulása (vagy kiújulása);
- terhesség;
- neuroblasztóma;
- dermatomyositis;
- nagy égési területeket takar.
A fehérjeszint stressz vagy hosszan tartó expozíció hatására is megemelkedhettest az ultraibolya zónában. A vér koncentrációját a megfelelő elemzés határozza meg.
Érzékelés a testben
Többféle módon lehet kimutatni az s100 jelenlétét a szérumban, többek között:
- immunradiometrikus vizsgálat (IRMA);
- tömegspektroszkópia;
- western blot;
- ELISA (enzim immunoassay);
- elektrokemilumineszcencia;
- kvantitatív PCR.
Ezek az analitikai módszerek rendkívül érzékenyek, és lehetővé teszik az s100 mennyiségi tartalmának nagyon pontos meghatározását. Mivel ennek a fehérjének rövid a felezési ideje (30 perc), magas szérumkoncentráció csak akkor lehetséges, ha a beteg szövetekből folyamatosan táplálkoznak.
A klinikai diagnosztikában leggyakrabban az s100 fehérje automatizált elektrokemilumineszcens immunoassay-jét alkalmazzák. A vizsgálat kombinálja a kimutatható fehérje elleni antitestek használatát fényjelöléssel. A készülék a kemilumineszcens sugárzás intenzitásával határozza meg az s100 koncentrációt.
S100 protein elleni antitestek
Az orvostudományban az s100 fehérje elleni antitestek két gyakorlati alkalmazási területtel rendelkeznek:
- diagnosztika - immunológiai módszerekben használják ennek a fehérjének a szérumban vagy CSF-ben való koncentrációjának kimutatására (ebben az esetben az s100 egy antigén);
- terápiás - az antitestek szervezetbe juttatását bizonyos betegségek kezelésében alkalmazzák.
Az antitestek a moduláció révén fejtik ki hatásukathatása az s100 fehérjékre. Ezen az alapon jól ismert gyógyszer a Tenoten. Az s100 elleni antitestek jótékony hatással vannak az idegrendszerre, javítják az impulzusátvitelt. Ezenkívül az ilyen gyógyszerek képesek megállítani az emésztőrendszer autonóm funkcióinak zavarainak tüneti megnyilvánulásait.
