Le proteine S100 sono una famiglia di proteine leganti il calcio tessuto-specifiche a basso peso molecolare con un effetto modulatorio che sono coinvolte in molti processi fisiologici nel corpo. Il nome caratterizza la capacità dei composti di questo gruppo di dissolversi completamente in una soluzione di solfato di ammonio al 100% a valori di pH neutri.
Attualmente sono noti 25 rappresentanti di questa famiglia, che sono caratteristici di diversi tessuti. Questa caratteristica suggerisce che le proteine s100 specifiche del cervello sono proteine presenti nelle cellule cerebrali e coinvolte nei processi neurofisiologici.
Cronologia delle scoperte
La prima proteina s100 è stata isolata nel 1965 da cervelli bovini dagli scienziati Moore e Gregor. Successivamente, le proteine di questa famiglia sono state trovate nei mammiferi, negli uccelli, nei rettili e nell'uomo. Inizialmente si pensava che s100 fosse presente solo nel tessuto nervoso, ma con lo sviluppo di metodi immunologici, le proteine di questo gruppo hanno cominciato a essere trovate in altri organi.
Caratteristiche generali e topografia
Le proteine della famiglia s100 sono presenti solo nei vertebrati e nell'uomo. Delle 25 proteine di questo gruppo, 15 sono specifiche del cervello, la maggior parte delle quali sono prodotte dalle cellule astrogliali del SNC, ma alcune sono presenti anche nei neuroni.
È stato stabilito che il 90% dell'intera frazione s100 nel corpo si dissolve nel citoplasma delle cellule, lo 0,5% è localizzato nel nucleo e il 5-7% è associato alle membrane. Una piccola porzione della proteina si trova nello spazio extracellulare, inclusi sangue e liquido cerebrospinale.
Le proteine del gruppo s100 sono presenti in molti organi (pelle, fegato, cuore, milza, ecc.), ma nel cervello sono centomila volte di più. La concentrazione più alta si osserva nel cervelletto. La proteina s100 è anche prodotta attivamente nei melanociti (cellule tumorali della pelle). Ciò ha portato all'uso di questo composto come marcatore tissutale di origine ectodermica.
Chimicamente, le proteine s100 sono dimeri con un peso molecolare di 10-12 d alton. Queste proteine sono acide perché contengono una grande quantità (fino al 30%) di residui di amminoacidi glutammici e aspartici. La composizione delle molecole s100 non include fosfati, carboidrati e lipidi. Queste proteine possono resistere a temperature fino a 60 gradi.
Struttura e conformazione spaziale
La struttura di tutti i membri della famiglia s100 sono proteine globulari. La composizione di una molecola dimerica comprende 2 polipeptidi (alfa e beta), collegati tra loro da legami non covalenti.
La maggior parte dei membri della famiglia sono omodimeri formati da due subunità identiche, ma ci sono anche eterodimeri. Ogni polipeptide all'interno della molecola s100 ha un motivo che lega il calcio chiamato mano EF. È costruito secondo il tipo spiral-loop-spirale.
La proteina s100 contiene 4 segmenti α-elicoidali, una regione cerniera centrale di lunghezza variabile e due domini variabili terminali (N e C).
Caratteristiche dell'azione
Le proteineS100 stesse non hanno attività enzimatica. Il loro funzionamento si basa sul legame degli ioni calcio, che sono coinvolti in molti processi intercellulari e intracellulari, inclusa la segnalazione. L'aggiunta di Ca2+ alla molecola s100 porta al suo riarrangiamento spaziale e all'apertura del centro di legame proteico bersaglio, attraverso il quale l'interazione con vengono eseguite altre proteine.
Quindi, s100 non appartiene a proteine il cui compito principale è quello di regolare la concentrazione di Ca2+. Le proteine di questo gruppo sono modulatori biologicamente attivi dipendenti dal calcio che convertono il segnale che influenzano i processi intracellulari ed extracellulari legandosi alle proteine bersaglio. I neurotrasmettitori possono anche agire come questi ultimi, motivo per cui l'influenza di s100 sulla trasmissione degli impulsi nervosi.
Attualmente, è stato rivelato che gli ioni di zinco e/o rame agiscono come regolatori per alcuni s100 invece di Ca2+. L'aggiunta di quest'ultimo può sia influenzare direttamente l'attività della proteina sia modificarne l'affinità per il calcio.
Funzioni
Non esiste ancora un quadro completo del ruolo biologico delle proteine s100 specifiche del cervello nel corpo. Tuttavia, è stata rivelata la partecipazione delle proteine di questo gruppo ai seguenti processi:
- regolazione delle reazioni metaboliche del tessuto nervoso;
- Replicazione del DNA;
- espressione di informazioni genetiche;
- proliferazione delle cellule gliali;
- protezione contro il danno cellulare ossidativo (correlato all'ossigeno);
- differenziazione dei neuroni immaturi;
- morte di neuroni per apoptosi;
- dinamica del citoscheletro;
- fosforilazione e secrezione;
- trasmissione di un impulso nervoso;
- regolazione del ciclo cellulare.
A seconda della specie e della localizzazione, le proteine s100 specifiche del cervello possono avere effetti sia intracellulari che extracellulari. L'effetto di alcune proteine dipende dalla concentrazione. Pertanto, la ben nota proteina s100B a contenuto normale mostra attività neurotrofica e, a livelli elevati, neurotossica.
Le proteine s100 specifiche del cervello extracellulare possono essere coinvolte nelle risposte infiammatorie, regolare la differenziazione gliale e neuronale e innescare l'apoptosi (morte cellulare programmata). L'importanza di s100 è stata dimostrata in un esperimento in vitro in cui i neuroni non sono sopravvissuti senza la presenza diquesta proteina.
Valore diagnostico s100
Il valore diagnostico di s100 si basa sulla relazione della sua concentrazione nel siero del sangue (o liquido cerebrospinale) con patologie del SNC e malattie oncologiche. È stato stabilito che quando le cellule gliali sono danneggiate, questa proteina entra nello spazio extracellulare, da dove entra nel liquido cerebrospinale e quindi nel sangue. Pertanto, sulla base di un aumento della concentrazione di s100 nel siero, si può trarre una conclusione su una serie di patologie cerebrali. La relazione tra il contenuto di questa proteina nel sangue e le malattie del sistema nervoso centrale è stata confermata sperimentalmente.
Aumentare la concentrazione di s100 nei fluidi extracellulari porta non solo a causa della distruzione delle barriere cellulari che sintetizzano queste cellule proteiche. La prima risposta a molte patologie cerebrali è la cosiddetta risposta gliale, parte della quale è un aumento dell'intensità della secrezione di s100 da parte degli astrociti. Un aumento del contenuto di questa proteina nel sangue può anche indicare una violazione della barriera ematoencefalica.
Il monitoraggio del livello di s100 consente di valutare il grado di danno cerebrale, che è di grande importanza nella prognosi medica. La relazione diagnostica tra la quantità di questa proteina e la neuropatologia assomiglia alla correlazione della concentrazione della proteina c-reattiva con l'infiammazione sistemica.
Utilizza come marker tumorale
La proteina s100 iniziò ad essere utilizzata come marker tumorale all'inizio degli anni '80. Attualmente, questo metodo è efficace per la diagnosi precoce di cancro, recidiva o metastasi. Molto spesso viene utilizzato s100diagnosi di melanoma o neuroblastoma.
È necessario distinguere tra quando questa proteina viene analizzata per rilevare patologie del SNC o altre malattie, e quando viene utilizzata per rilevare il cancro. Se l'orientamento va specificamente all'oncomarker, la decodifica della proteina s100 dovrebbe tenere conto anche di altre possibili ragioni per l'aumento della concentrazione della sostanza in esame nel sangue. Quando si interpretano i risultati, assicurarsi di prestare attenzione al metodo di analisi, poiché i limiti dell'intervallo di riferimento (indicatori normali) dipendono da esso.
Lo svantaggio principale del marker s100 è la sua bassa selettività, poiché un aumento della concentrazione di questa proteina nel sangue e nel liquido cerebrospinale può essere associato a molte patologie, non necessariamente di natura cancerosa. Pertanto, alla proteina s100 non può essere attribuito un valore diagnostico decisivo. Tuttavia, questa proteina si è dimostrata un marker di cancro compagno.
Livello di presenza nel siero del sangue
Normalmente, la proteina s100 dovrebbe essere presente nel siero in una quantità inferiore a 0,105 µg/l. Questo valore corrisponde al limite superiore di concentrazione in una persona sana. Il superamento del livello consentito (DL) s100 può indicare:
- CP;
- lesione cerebrale;
- sviluppo di melanoma maligno (o sua recidiva);
- gravidanza;
- neuroblastoma;
- dermatomiosite;
- copre vaste aree di ustioni.
I livelli di proteine possono anche aumentare con lo stress o l'esposizione prolungatacorpo nella zona ultravioletta. La concentrazione nel sangue è determinata dall'analisi appropriata.
Rilevamento nel corpo
Ci sono diversi modi per rilevare la presenza di s100 nel siero, tra cui:
- test immunoradiometrico (IRMA);
- spettroscopia di massa;
- macchia occidentale;
- ELISA (test immunoenzimatico);
- elettrochemiluminescenza;
- PCR quantitativa.
Tutti questi metodi analitici sono altamente sensibili e consentono una determinazione molto accurata del contenuto quantitativo di s100. Poiché questa proteina ha una breve emivita (30 minuti), sono possibili concentrazioni sieriche elevate solo con un apporto costante dai tessuti malati.
Nella diagnostica clinica, viene spesso utilizzato un test immunologico elettrochemiluminescente automatizzato per la proteina s100. Lo studio combina l'uso di anticorpi contro una proteina rilevabile con la marcatura della luce. Il dispositivo determina la concentrazione s100 in base all'intensità della radiazione chemiluminescente.
Anticorpi contro le proteine s100
In medicina, gli anticorpi contro la proteina s100 hanno 2 aree di applicazione pratica:
- diagnostico - utilizzato nei metodi immunologici per rilevare la concentrazione di questa proteina nel siero o nel liquido cerebrospinale (in questo caso, s100 è un antigene);
- terapeutico - l'introduzione di anticorpi nel corpo viene utilizzata nel trattamento di alcune malattie.
Gli anticorpi esercitano il loro effetto modulandoeffetti sulle proteine s100. Un noto farmaco su questa base è Tenoten. Gli anticorpi contro s100 hanno un effetto benefico sul sistema nervoso, migliorano la trasmissione degli impulsi. Inoltre, tali farmaci sono in grado di fermare le manifestazioni sintomatiche dei disturbi della funzione autonomica nell'apparato digerente.
