S100-Proteine sind eine Familie niedermolekularer, gewebespezifischer Calcium-bindender Proteine mit modulierender Wirkung, die an vielen physiologischen Prozessen im Körper beteiligt sind. Der Name charakterisiert die Fähigkeit von Verbindungen dieser Gruppe, sich in einer 100%igen Ammoniumsulfatlösung bei neutralen pH-Werten vollständig aufzulösen.
Derzeit sind 25 Vertreter dieser Familie bekannt, die für verschiedene Gewebe charakteristisch sind. Dieses Merkmal deutet darauf hin, dass gehirnspezifische s100-Proteine Proteine sind, die in Gehirnzellen vorhanden und an neurophysiologischen Prozessen beteiligt sind.
Discovery-Verlauf
Das erste s100-Protein wurde 1965 von den Wissenschaftlern Moore und Gregor aus Rindergehirn isoliert. Anschließend wurden Proteine dieser Familie in Säugetieren, Vögeln, Reptilien und Menschen gefunden. Anfangs dachte man, dass s100 nur im Nervengewebe vorkommt, aber mit der Entwicklung immunologischer Methoden begann man, Proteine dieser Gruppe auch in anderen Organen zu finden.
Allgemeine Merkmale und Topographie
Proteine der s100-Familie kommen nur bei Wirbeltieren und Menschen vor. Von den 25 Proteinen in dieser Gruppe sind 15 gehirnspezifisch, von denen die meisten von Astrogliazellen im ZNS produziert werden, einige aber auch in Neuronen vorhanden sind.
Es wurde festgestellt, dass 90% der gesamten s100-Fraktion im Körper im Zytoplasma der Zellen gelöst sind, 0,5% im Zellkern lokalisiert sind und 5-7% mit Membranen assoziiert sind. Ein kleiner Teil des Proteins befindet sich im extrazellulären Raum, einschließlich Blut und Liquor cerebrospinalis.
Protein der s100-Gruppe ist in vielen Organen (Haut, Leber, Herz, Milz usw.) vorhanden, im Gehirn jedoch hunderttausendmal mehr. Die höchste Konzentration wird im Kleinhirn beobachtet. Das s100-Protein wird auch aktiv in Melanozyten (Hauttumorzellen) produziert. Dies hat zur Verwendung dieser Verbindung als Gewebemarker ektodermalen Ursprungs geführt.
S100-Proteine sind chemisch Dimere mit einem Molekulargewicht von 10-12 D alton. Diese Proteine sind sauer, weil sie eine große Menge (bis zu 30%) Glutaminsäure- und Asparaginsäurereste enth alten. Die Zusammensetzung von s100-Molekülen umfasst keine Phosphate, Kohlenhydrate und Lipide. Diese Proteine können Temperaturen bis zu 60 Grad standh alten.
Struktur und räumliche Konformation
Die Struktur aller Mitglieder der s100-Familie sind globuläre Proteine. Die Zusammensetzung eines dimeren Moleküls umfasst 2 Polypeptide (Alpha und Beta), die durch nicht-kovalente Bindungen miteinander verbunden sind.
Die meisten Mitglieder der Familie sind Homodimere, die aus zwei identischen Untereinheiten bestehen, aber es gibt auch Heterodimere. Jedes Polypeptid innerhalb des s100-Moleküls hat ein Calcium-bindendes Motiv, das als EF-Hand bezeichnet wird. Es ist nach dem Spiral-Loop-Spiral-Typ gebaut.
Das s100-Protein enthält 4 α-helikale Segmente, eine zentrale Scharnierregion variabler Länge und zwei terminale variable Domänen (N und C).
Aktionsmerkmale
S100-Proteine selbst haben keine enzymatische Aktivität. Ihre Funktion basiert auf der Bindung von Calciumionen, die an vielen interzellulären und intrazellulären Prozessen, einschließlich der Signalübertragung, beteiligt sind. Die Zugabe von Ca2+ zum s100-Molekül führt zu seiner räumlichen Neuanordnung und der Öffnung des Zielproteinbindungszentrums, durch das eine Wechselwirkung mit andere Proteine wird durchgeführt.
Daher gehören s100 nicht zu den Proteinen, deren Hauptaufgabe es ist, die Ca-Konzentration zu regulieren2+. Proteine dieser Gruppe sind signalumwandelnde calciumabhängige biologisch aktive Modulatoren, die durch Bindung an Zielproteine intrazelluläre und extrazelluläre Prozesse beeinflussen. Als Letzteres können auch Neurotransmitter wirken, was den Einfluss von s100 auf die Übertragung von Nervenimpulsen begründet.
Aktuell wurde festgestellt, dass Zink- und/oder Kupferionen als Regulatoren für einige s100 anstelle von Ca2+ wirken. Die Zugabe von letzterem kann sowohl die Aktivität des Proteins direkt beeinflussen als auch seine Affinität zu Calcium verändern.
Funktionen
Ein vollständiges Bild der biologischen Rolle von hirnspezifischen s100-Proteinen im Körper existiert noch nicht. Dennoch wurde die Beteiligung von Proteinen dieser Gruppe an folgenden Prozessen aufgedeckt:
- Regulation von Stoffwechselreaktionen des Nervengewebes;
- DNA-Replikation;
- Ausdruck genetischer Informationen;
- Gliazellproliferation;
- Schutz vor oxidativen (sauerstoffbedingten) Zellschäden;
- Differenzierung unreifer Neuronen;
- Tod von Neuronen durch Apoptose;
- Zytoskelettdynamik;
- Phosphorylierung und Sekretion;
- Übertragung eines Nervenimpulses;
- Regulation des Zellzyklus.
Gehirnspezifische s100-Proteine können je nach Spezies und Lokalisation sowohl intrazelluläre als auch extrazelluläre Wirkungen haben. Die Wirkung einiger Proteine ist konzentrationsabhängig. So zeigt das bekannte Protein s100B bei normalem Geh alt neurotrophe Aktivität und bei erhöhten Spiegeln - neurotoxisch.
Extrazelluläre gehirnspezifische s100-Proteine können an Entzündungsreaktionen beteiligt sein, die gliale und neuronale Differenzierung regulieren und Apoptose (programmierter Zelltod) auslösen. Die Bedeutung von s100 wurde in einem In-vitro-Experiment bewiesen, bei dem Neuronen ohne die Anwesenheit von s100 nicht überlebtendieses Protein.
Diagnosewert s100
Der diagnostische Wert von s100 basiert auf der Beziehung seiner Konzentration im Blutserum (oder der Zerebrospinalflüssigkeit) mit ZNS-Pathologien und onkologischen Erkrankungen. Es wurde festgestellt, dass dieses Protein bei einer Schädigung von Gliazellen in den extrazellulären Raum gelangt, von wo es in die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit und dann ins Blut gelangt. So kann anhand einer Erhöhung der Konzentration von s100 im Serum auf eine Reihe von Hirnpathologien geschlossen werden. Der Zusammenhang zwischen dem Geh alt dieses Proteins im Blut und Erkrankungen des Zentralnervensystems wurde experimentell bestätigt.
Die Erhöhung der Konzentration von s100 in extrazellulären Flüssigkeiten führt nicht nur zur Zerstörung von Zellbarrieren, die dieses Protein synthetisieren. Die erste Reaktion auf viele Hirnpathologien ist die sogenannte Glia-Reaktion, zu deren Teil eine Erhöhung der Intensität der s100-Sekretion durch Astrozyten gehört. Eine Erhöhung des Geh alts dieses Proteins im Blut kann auch auf eine Verletzung der Blut-Hirn-Schranke hindeuten.
Die Überwachung des s100-Spiegels ermöglicht es Ihnen, den Grad der Hirnschädigung zu beurteilen, was für die medizinische Prognose von großer Bedeutung ist. Die diagnostische Beziehung zwischen der Menge dieses Proteins und der Neuropathologie ähnelt der Korrelation der Konzentration des c-reaktiven Proteins mit systemischer Entzündung.
Als Tumormarker verwenden
Das s100-Protein wurde Anfang der 1980er Jahre als Tumormarker eingesetzt. Derzeit ist diese Methode zur Früherkennung von Krebs, Rezidiven oder Metastasen wirksam. Am häufigsten wird s100 verwendetDiagnose Melanom oder Neuroblastom.
Es muss unterschieden werden, ob dieses Protein zur Erkennung von ZNS-Pathologien oder anderen Krankheiten analysiert wird und wann es zur Erkennung von Krebs verwendet wird. Geht die Orientierung gezielt auf den Oncomarker, sollten bei der Entschlüsselung des s100-Proteins auch andere mögliche Gründe für die Konzentrationserhöhung der Testsubstanz im Blut berücksichtigt werden. Achten Sie bei der Interpretation der Ergebnisse unbedingt auf die Analysemethode, da die Grenzen des Referenzintervalls (Normalindikatoren) davon abhängen.
Der Hauptnachteil des s100-Markers ist seine geringe Selektivität, da eine Erhöhung der Konzentration dieses Proteins im Blut und im Liquor mit vielen Pathologien in Verbindung gebracht werden kann, die nicht unbedingt krebsartiger Natur sind. Daher kann dem s100-Protein kein entscheidender diagnostischer Wert zugeschrieben werden. Dennoch hat sich dieses Protein als begleitender Krebsmarker bewährt.
Präsenzspiegel im Blutserum
Normalerweise sollte s100-Protein im Serum in einer Menge von weniger als 0,105 µg/l vorhanden sein. Dieser Wert entspricht der oberen Konzentrationsgrenze bei einem gesunden Menschen. Das Überschreiten des zulässigen Pegels (DL) s100 kann bedeuten:
- CP;
- Gehirnverletzung;
- Entwicklung eines malignen Melanoms (oder dessen Wiederauftreten);
- Schwangerschaft;
- Neuroblastom;
- Dermatomyositis;
- Großflächige Verbrennungen abdecken.
Der Proteinspiegel kann auch bei Stress oder längerer Belastung ansteigenKörper im ultravioletten Bereich. Die Konzentration im Blut wird durch die entsprechende Analyse ermittelt.
Nachweis im Körper
Es gibt mehrere Möglichkeiten, das Vorhandensein von s100 im Serum nachzuweisen, einschließlich:
- immunradiometrischer Assay (IRMA);
- Massenspektroskopie;
- Western Blot;
- ELISA (Enzymimmunoassay);
- Elektrochemilumineszenz;
- quantitative PCR.
Alle diese analytischen Methoden sind hochempfindlich und erlauben eine sehr genaue Bestimmung des quantitativen Geh alts an s100. Da dieses Protein eine kurze Halbwertszeit (30 Minuten) hat, sind hohe Serumkonzentrationen nur bei konstanter Zufuhr aus erkranktem Gewebe möglich.
In der klinischen Diagnostik wird am häufigsten ein automatisierter Elektrochemilumineszenz-Immunoassay für das s100-Protein eingesetzt. Die Studie kombiniert die Verwendung von Antikörpern gegen ein nachweisbares Protein mit Lichtmarkierung. Das Gerät bestimmt die Konzentration s100 anhand der Intensität der Chemilumineszenzstrahlung.
Antikörper gegen Protein s100
Antikörper gegen das s100-Protein haben in der Medizin 2 praktische Anwendungsgebiete:
- diagnostisch - wird in immunologischen Methoden verwendet, um die Konzentration dieses Proteins im Serum oder Liquor nachzuweisen (in diesem Fall ist s100 ein Antigen);
- therapeutisch - die Einführung von Antikörpern in den Körper wird bei der Behandlung bestimmter Krankheiten eingesetzt.
Antikörper entf alten ihre Wirkung durch ModulationAuswirkungen auf s100-Proteine. Ein bekanntes Medikament auf dieser Basis ist Tenoten. Antikörper gegen s100 wirken sich positiv auf das Nervensystem aus, verbessern die Impulsübertragung. Darüber hinaus sind solche Medikamente in der Lage, die symptomatischen Manifestationen von Störungen der autonomen Funktion im Verdauungssystem zu stoppen.
