S100-eiwitten zijn een familie van laagmoleculaire weefselspecifieke calciumbindende eiwitten met een modulerend effect die betrokken zijn bij veel fysiologische processen in het lichaam. De naam kenmerkt het vermogen van verbindingen van deze groep om volledig op te lossen in een 100% ammoniumsulfaatoplossing bij neutrale pH-waarden.
Momenteel zijn er 25 vertegenwoordigers van deze familie bekend, die kenmerkend zijn voor verschillende weefsels. Deze eigenschap suggereert dat hersenspecifieke s100-eiwitten eiwitten zijn die aanwezig zijn in hersencellen en betrokken zijn bij neurofysiologische processen.
Ontdekkingsgeschiedenis
Het eerste s100-eiwit werd in 1965 geïsoleerd uit runderhersenen door wetenschappers Moore en Gregor. Vervolgens werden eiwitten van deze familie gevonden bij zoogdieren, vogels, reptielen en mensen. Aanvankelijk dacht men dat s100 alleen in het zenuwweefsel aanwezig is, maar met de ontwikkeling van immunologische methoden begonnen eiwitten van deze groep in andere organen te worden gevonden.
Algemene kenmerken en topografie
Eiwitten van de s100-familie komen alleen voor in gewervelde dieren en mensen. Van de 25 eiwitten in deze groep zijn er 15 hersenspecifiek, waarvan de meeste worden geproduceerd door astrogliale cellen in het CZS, maar sommige zijn ook aanwezig in neuronen.
Er is vastgesteld dat 90% van de gehele s100-fractie in het lichaam wordt opgelost in het cytoplasma van cellen, 0,5% is gelokaliseerd in de kern en 5-7% wordt geassocieerd met membranen. Een klein deel van het eiwit wordt aangetroffen in de extracellulaire ruimte, inclusief bloed en hersenvocht.
Eiwit van de s100-groep is aanwezig in veel organen (huid, lever, hart, milt, enz.), maar in de hersenen is het honderdduizend keer meer. De hoogste concentratie wordt waargenomen in het cerebellum. Het s100-eiwit wordt ook actief geproduceerd in melanocyten (huidtumorcellen). Dit heeft geleid tot het gebruik van deze verbinding als weefselmarker van ectodermale oorsprong.
Chemisch gezien zijn s100-eiwitten dimeren met een molecuulgewicht van 10-12 d alton. Deze eiwitten zijn zuur omdat ze een grote hoeveelheid (tot 30%) aminozuurresten van glutamine en asparaginezuur bevatten. De samenstelling van s100-moleculen omvat geen fosfaten, koolhydraten en lipiden. Deze eiwitten zijn bestand tegen temperaturen tot 60 graden.
Structuur en ruimtelijke conformatie
De structuur van alle leden van de s100-familie zijn bolvormige eiwitten. De samenstelling van één dimeer molecuul omvat 2 polypeptiden (alfa en bèta), met elkaar verbonden door niet-covalente bindingen.
De meeste leden van de familie zijn homodimeren die worden gevormd door twee identieke subeenheden, maar er zijn ook heterodimeren. Elk polypeptide in het s100-molecuul heeft een calciumbindend motief dat de EF-hand wordt genoemd. Het is gebouwd volgens het spiraal-lus-spira altype.
Het s100-eiwit bevat 4 α-helixsegmenten, een centraal scharniergebied van variabele lengte en twee terminale variabele domeinen (N en C).
Kenmerken van actie
S100-eiwitten hebben zelf geen enzymatische activiteit. Hun werking is gebaseerd op de binding van calciumionen, die betrokken zijn bij veel intercellulaire en intracellulaire processen, waaronder signalering. De toevoeging van Ca2+ aan het s100-molecuul leidt tot zijn ruimtelijke herschikking en de opening van het doeleiwitbindingscentrum, waardoor interactie met andere eiwitten worden uitgevoerd.
S100 behoort dus niet tot eiwitten waarvan de belangrijkste taak het reguleren van de concentratie van Ca2+ is. Eiwitten van deze groep zijn signaalconverterende calciumafhankelijke biologisch actieve modulatoren die intracellulaire en extracellulaire processen beïnvloeden door binding aan doeleiwitten. Neurotransmitters kunnen ook als laatste fungeren, wat de reden is voor de invloed van s100 op de overdracht van zenuwimpulsen.
Momenteel is onthuld dat zink- en/of koperionen fungeren als regulatoren voor ongeveer s100 in plaats van Ca2+. De toevoeging van de laatste kan zowel de activiteit van het eiwit direct beïnvloeden als de affiniteit voor calcium veranderen.
Functies
Een compleet beeld van de biologische rol van hersenspecifieke s100-eiwitten in het lichaam bestaat nog niet. Desalniettemin werd de deelname van eiwitten van deze groep aan de volgende processen onthuld:
- regulatie van metabolische reacties van zenuwweefsel;
- DNA-replicatie;
- expressie van genetische informatie;
- proliferatie van gliacellen;
- bescherming tegen oxidatieve (zuurstofgerelateerde) celbeschadiging;
- differentiatie van onrijpe neuronen;
- dood van neuronen door apoptose;
- cytoskeletdynamiek;
- fosforylering en afscheiding;
- overdracht van een zenuwimpuls;
- regulatie van de celcyclus.
Afhankelijk van de soort en de lokalisatie kunnen hersenspecifieke s100-eiwitten zowel intracellulaire als extracellulaire effecten hebben. Het effect van sommige eiwitten is concentratieafhankelijk. Zo vertoont het bekende eiwit s100B bij normale inhoud neurotrofe activiteit en bij verhoogde niveaus - neurotoxisch.
Extracellulaire hersenspecifieke s100-eiwitten zijn mogelijk betrokken bij ontstekingsreacties, reguleren gliale en neuronale differentiatie en veroorzaken apoptose (geprogrammeerde celdood). Het belang van s100 werd bewezen in een in vitro experiment waarin neuronen niet overleefden zonder de aanwezigheid vandit eiwit.
Diagnostische waarde s100
De diagnostische waarde van s100 is gebaseerd op de relatie van de concentratie in bloedserum (of hersenvocht) met CZS-pathologieën en oncologische ziekten. Er is vastgesteld dat wanneer gliacellen worden beschadigd, dit eiwit de extracellulaire ruimte binnengaat, van waaruit het de hersenvocht en vervolgens het bloed binnengaat. Zo kan op basis van een verhoging van de concentratie van s100 in het serum een conclusie worden getrokken over een aantal hersenpathologieën. De relatie tussen het geh alte aan dit eiwit in het bloed en ziekten van het centrale zenuwstelsel is experimenteel bevestigd.
Het verhogen van de concentratie van s100 in extracellulaire vloeistoffen leidt niet alleen vanwege de vernietiging van cellulaire barrières die deze eiwitcellen synthetiseren. De eerste reactie op veel hersenpathologieën is de zogenaamde gliale respons, waarvan een deel een toename is van de intensiteit van de s100-secretie door astrocyten. Een verhoging van het geh alte aan dit eiwit in het bloed kan ook wijzen op een schending van de bloed-hersenbarrière.
Door het niveau van s100 te bewaken, kunt u de mate van hersenbeschadiging beoordelen, wat van groot belang is voor de medische prognose. De diagnostische relatie tussen de hoeveelheid van dit eiwit en neuropathologie lijkt op de correlatie van de concentratie van c-reactief eiwit met systemische ontsteking.
Gebruik als tumormarker
Het s100-eiwit werd begin jaren tachtig als tumormarker gebruikt. Momenteel is deze methode effectief voor vroege detectie van kanker, recidief of metastase. Meestal wordt s100 gebruikt indiagnose van melanoom of neuroblastoom.
Het is noodzakelijk om onderscheid te maken tussen wanneer dit eiwit wordt geanalyseerd om CZS-pathologieën of andere ziekten op te sporen, en wanneer het wordt gebruikt om kanker op te sporen. Als de oriëntatie specifiek naar de oncomarker gaat, moet bij de decodering van het s100-eiwit ook rekening worden gehouden met andere mogelijke redenen voor de verhoging van de concentratie van de teststof in het bloed. Let bij het interpreteren van de resultaten op de analysemethode, aangezien de grenzen van het referentie-interval (normale indicatoren) ervan afhangen.
Het belangrijkste nadeel van de s100-marker is de lage selectiviteit, aangezien een verhoging van de concentratie van dit eiwit in het bloed en CSF in verband kan worden gebracht met veel pathologieën, niet noodzakelijk van kankerachtige aard. Daarom kan het s100-eiwit geen beslissende diagnostische waarde krijgen. Desalniettemin heeft dit eiwit zichzelf bewezen als een begeleidende kankermarker.
Aanwezigheid in bloedserum
Normaal gesproken zou s100-eiwit in serum aanwezig moeten zijn in een hoeveelheid van minder dan 0,105 µg/l. Deze waarde komt overeen met de bovengrens van de concentratie bij een gezond persoon. Het overschrijden van het toegestane niveau (DL) s100 kan wijzen op:
- CP;
- hersenletsel;
- ontwikkeling van maligne melanoom (of herhaling);
- zwangerschap;
- neuroblastoom;
- dermatomyositis;
- bedekken grote brandwonden.
Eiwitgeh altes kunnen ook toenemen bij stress of langdurige blootstellinglichaam in de ultraviolette zone. De concentratie in het bloed wordt bepaald door de juiste analyse.
Detectie in het lichaam
Er zijn verschillende manieren om de aanwezigheid van s100 in serum te detecteren, waaronder:
- immunoradiometrische test (IRMA);
- massaspectroscopie;
- western-vlek;
- ELISA (enzymimmunoassay);
- elektrochemiluminescentie;
- kwantitatieve PCR.
Al deze analytische methoden zijn zeer gevoelig en maken een zeer nauwkeurige bepaling van het kwantitatieve geh alte van s100 mogelijk. Omdat dit eiwit een korte halfwaardetijd (30 minuten) heeft, zijn hoge serumconcentraties alleen mogelijk bij een constante toevoer van zieke weefsels.
In klinische diagnostiek wordt meestal een geautomatiseerde elektrochemiluminescente immunoassay voor het s100-eiwit gebruikt. De studie combineert het gebruik van antilichamen tegen een detecteerbaar eiwit met lichte markering. Het apparaat bepa alt de concentratie s100 door de intensiteit van de chemiluminescente straling.
Antilichamen tegen proteïne s100
In de geneeskunde hebben antilichamen tegen het s100-eiwit twee praktische toepassingen:
- diagnostic - gebruikt in immunologische methoden om de concentratie van dit eiwit in serum of CSF te detecteren (in dit geval is s100 een antigeen);
- therapeutisch - de introductie van antilichamen in het lichaam wordt gebruikt bij de behandeling van bepaalde ziekten.
Antilichamen oefenen hun effect uit door te modulereneffecten op s100-eiwitten. Een bekend medicijn op deze basis is Tenoten. Antilichamen tegen s100 hebben een gunstig effect op het zenuwstelsel, verbeteren de impulsoverdracht. Bovendien kunnen dergelijke medicijnen de symptomatische manifestaties van stoornissen van de autonome functie in het spijsverteringsstelsel stoppen.
