חלבוני S100 הם משפחה של חלבונים קושרי סידן בעלי משקל מולקולרי נמוך בעלי השפעה מווסתת המעורבים בתהליכים פיזיולוגיים רבים בגוף. השם מאפיין את יכולתן של תרכובות מקבוצה זו להתמוסס לחלוטין בתמיסת 100% אמוניום גופרתי בערכי pH ניטרליים.
כרגע ידועים 25 נציגים ממשפחה זו, האופייניים לרקמות שונות. תכונה זו מרמזת שחלבוני s100 ספציפיים למוח הם חלבונים הנמצאים בתאי מוח ומעורבים בתהליכים נוירופיזיולוגיים.
היסטוריית גילוי
חלבון ה-s100 הראשון בודד ב-1965 ממוח בקר על ידי המדענים מור וגרגור. לאחר מכן, חלבונים ממשפחה זו נמצאו ביונקים, ציפורים, זוחלים ובני אדם. בתחילה חשבו ש-s100 קיים רק ברקמת העצבים, אך עם התפתחות השיטות האימונולוגיות החלו למצוא חלבונים מקבוצה זו באיברים אחרים.
מאפיינים כלליים וטופוגרפיה
חלבונים ממשפחת s100 קיימים רק בבעלי חוליות ובבני אדם. מתוך 25 החלבונים בקבוצה זו, 15 הם ספציפיים למוח, שרובם מיוצרים על ידי תאי אסטרוגליה ב-CNS, אך חלקם נמצאים גם בנוירונים.
נקבע ש-90% מכל חלק ה-s100 בגוף מומס בציטופלזמה של תאים, 0.5% ממוקמים בגרעין ו-5-7% קשורים לממברנות. חלק קטן מהחלבון נמצא בחלל החוץ תאי, כולל דם ונוזל מוחי.
חלבון מקבוצת s100 קיים באיברים רבים (עור, כבד, לב, טחול וכו'), אבל במוח הוא פי מאה אלף יותר. הריכוז הגבוה ביותר נצפה במוח הקטן. חלבון s100 מיוצר באופן פעיל גם במלנוציטים (תאי גידול בעור). זה הוביל לשימוש בתרכובת זו כסמן רקמה ממקור אקטודרמלי.
מבחינה כימית, חלבוני s100 הם דימרים בעלי משקל מולקולרי של 10-12 דלטון. חלבונים אלו הם חומציים מכיוון שהם מכילים כמות גדולה (עד 30%) של שאריות חומצות אמינו גלוטמיות ואספרטיות. הרכב מולקולות s100 אינו כולל פוספטים, פחמימות ושומנים. חלבונים אלו יכולים לעמוד בטמפרטורות של עד 60 מעלות.
מבנה וקונפורמציה מרחבית
המבנה של כל חברי משפחת s100 הם חלבונים כדוריים. ההרכב של מולקולה דימרית אחת כולל 2 פוליפפטידים (אלפא ובטא), המחוברים זה לזה בקשרים לא קוולנטיים.
רוב בני המשפחה הם הומודימרים הנוצרים על ידי שתי תת-יחידות זהות, אך ישנם גם הטרודמרים. לכל פוליפפטיד בתוך מולקולת s100 יש מוטיב קושר סידן הנקרא יד EF. הוא בנוי לפי סוג ספירלה-לולאה-ספירלה.
חלבון s100 מכיל 4 מקטעים סליליים, אזור ציר מרכזי באורך משתנה ושני תחומים משתנים סופניים (N ו-C).
תכונות הפעולה
לחלבוני S100 עצמם אין פעילות אנזימטית. תפקודם מבוסס על קשירת יוני סידן, המעורבים בתהליכים בין-תאיים ותוך-תאיים רבים, כולל איתות. התוספת של Ca2+ למולקולת s100 מובילה לסידורה המרחבי ולפתיחת מרכז קושר חלבון המטרה, שדרכו אינטראקציה עם חלבונים אחרים מתבצעת.
לכן, s100 לא שייך לחלבונים שתפקידם העיקרי הוא לווסת את ריכוז Ca2+. חלבונים מקבוצה זו הם מאפננים פעילים ביולוגית תלויי סידן הממירים אותות המשפיעים על תהליכים תוך-תאיים וחוץ-תאיים באמצעות קישור לחלבוני מטרה. נוירוטרנסמיטורים יכולים לפעול גם בתור האחרון, וזו הסיבה להשפעה של s100 על העברת דחפים עצביים.
נכון לעכשיו, נחשף שיוני אבץ ו/או נחושת פועלים כמווסתים עבור כמה s100 במקום Ca2+.התוספת של האחרון יכולה גם להשפיע ישירות על פעילות החלבון וגם לשנות את הזיקה שלו לסידן.
פונקציות
תמונה מלאה של התפקיד הביולוגי של חלבוני s100 ספציפיים למוח בגוף עדיין לא קיימת. עם זאת, התגלתה השתתפותם של חלבונים מקבוצה זו בתהליכים הבאים:
- ויסות של תגובות מטבוליות של רקמת עצבים;
- רפליקציית DNA;
- ביטוי של מידע גנטי;
- ריבוי תאי גליה;
- הגנה מפני נזק לתאים חמצוני (קשור לחמצן);
- הבחנה של נוירונים לא בשלים;
- מוות של נוירונים באמצעות אפופטוזיס;
- דינמיקת שלד ציטו;
- זרחן והפרשה;
- העברת דחף עצבי;
- ויסות של מחזור התא.
בהתאם למין וללוקליזציה, לחלבוני s100 ספציפיים למוח יכולים להיות השפעות תוך-תאיות וגם חוץ-תאיות. ההשפעה של חלק מהחלבונים תלויה בריכוז. לפיכך, החלבון הידוע s100B בתוכן נורמלי מפגין פעילות נוירוטרופית, וברמות גבוהות - נוירוטוקסי.
חלבוני s100 ספציפיים למוח חוץ-תאי עשויים להיות מעורבים בתגובות דלקתיות, לווסת התמיינות גליה ונוירונית ולעורר אפופטוזיס (מוות תאי מתוכנת). החשיבות של s100 הוכחה בניסוי חוץ גופי בו נוירונים לא שרדו ללא נוכחות שלהחלבון הזה.
ערך אבחון s100
הערך האבחוני של s100 מבוסס על הקשר בין הריכוז שלו בסרום הדם (או בנוזל השדרה) עם פתולוגיות של מערכת העצבים המרכזית ומחלות אונקולוגיות. הוכח שכאשר תאי גלייה נפגעים, חלבון זה חודר לחלל החוץ תאי, משם הוא נכנס לנוזל השדרה ולאחר מכן לדם. לפיכך, על בסיס עלייה בריכוז s100 בסרום, ניתן להסיק מסקנה לגבי מספר פתולוגיות מוחיות. הקשר בין תכולת חלבון זה בדם לבין מחלות של מערכת העצבים המרכזית אושר בניסוי.
כדי להגביר את הריכוז של s100 בנוזלים תאיים להוביל לא רק בגלל הרס של מחסומים תאיים המסנתזים תאי חלבון זה. התגובה הראשונה לפתולוגיות מוחיות רבות היא מה שמכונה תגובה גליאלית, שחלק ממנה היא עלייה בעוצמת הפרשת s100 על ידי אסטרוציטים. עלייה בתכולת חלבון זה בדם עשויה להצביע גם על הפרה של מחסום הדם-מוח.
ניטור רמת s100 מאפשר להעריך את מידת הנזק המוחי, שיש לו חשיבות רבה בפרוגנוזה רפואית. הקשר האבחנתי בין כמות החלבון הזה לנוירופתולוגיה דומה למתאם של ריכוז חלבון c-reactive עם דלקת מערכתית.
השתמש כסמן גידול
חלבון s100 החל לשמש כסמן גידול בתחילת שנות ה-80. נכון להיום, שיטה זו יעילה לגילוי מוקדם של סרטן, הישנות או גרורות. לרוב נעשה שימוש ב-s100אבחון מלנומה או נוירובלסטומה.
יש צורך להבחין בין מתי מנתחים חלבון זה כדי לזהות פתולוגיות של מערכת העצבים המרכזית או מחלות אחרות, לבין מתי משתמשים בו לאיתור סרטן. אם האוריינטציה מגיעה ספציפית ל-oncommarker, פענוח החלבון s100 צריך לקחת בחשבון גם סיבות אפשריות אחרות לעלייה בריכוז החומר הנבדק בדם. בעת פירוש התוצאות, הקפד לשים לב לשיטת הניתוח, שכן גבולות מרווח ההתייחסות (אינדיקטורים רגילים) תלויים בה.
החיסרון העיקרי של סמן s100 הוא הסלקטיביות הנמוכה שלו, שכן עלייה בריכוז של חלבון זה בדם וב-CSF יכולה להיות קשורה לפתולוגיות רבות, לאו דווקא בעלות אופי סרטני. לכן, לא ניתן לתת לחלבון s100 ערך אבחוני מכריע. עם זאת, חלבון זה הוכיח את עצמו כסמן סרטן נלווה.
רמת נוכחות בסרום הדם
בדרך כלל, חלבון s100 צריך להיות נוכח בסרום בכמות של פחות מ-0.105 מיקרוגרם/ליטר. ערך זה מתאים לגבול העליון של ריכוז באדם בריא. חריגה מהרמה המותרת (DL) s100 עשויה להצביע על:
- CP;
- פגיעה מוחית;
- התפתחות של מלנומה ממאירה (או הישנות שלה);
- הריון;
- neuroblastoma;
- dermatomyositis;
- כיסוי שטחים גדולים של כוויות.
רמות החלבון יכולות לעלות גם עם מתח או חשיפה ממושכתגוף באזור האולטרה סגול. הריכוז בדם נקבע על ידי ניתוח מתאים.
זיהוי בגוף
ישנן מספר דרכים לזהות נוכחות של s100 בסרום, כולל:
- assay immunoradiometric (IRMA);
- ספקטרוסקופיה מסה;
- כתם מערבי;
- ELISA (בדיקת אנזים אימונו);
- electrochemiluminescence;
- PCR כמותי.
כל השיטות האנליטיות הללו רגישות מאוד ומאפשרות קביעה מדויקת מאוד של התוכן הכמותי של s100. מכיוון שלחלבון זה זמן מחצית חיים קצר (30 דקות), ריכוז גבוה בסרום אפשרי רק עם אספקה קבועה מרקמות חולות.
באבחון קליני, נעשה לרוב שימוש במבחן חיסוני אלקטרוכימי-זוהר אוטומטי עבור חלבון s100. המחקר משלב שימוש בנוגדנים לחלבון שניתן לזהות עם סימון אור. המכשיר קובע את הריכוז s100 לפי עוצמת הקרינה הכימילומינסצנטית.
נוגדנים לחלבון s100
ברפואה, לנוגדנים לחלבון s100 יש 2 תחומי יישום מעשי:
- אבחון - משמש בשיטות אימונולוגיות לזיהוי ריכוז החלבון הזה בסרום או ב-CSF (במקרה זה, s100 הוא אנטיגן);
- טיפולי - החדרת נוגדנים לגוף משמשת לטיפול במחלות מסוימות.
נוגדנים מפעילים את השפעתם באמצעות אפנוןהשפעות על חלבוני s100. תרופה ידועה על בסיס זה היא Tenoten. נוגדנים ל-s100 משפיעים לטובה על מערכת העצבים, משפרים את העברת הדחפים. בנוסף, תרופות כאלה מסוגלות לעצור את הביטויים התסמינים של הפרעות בתפקוד האוטונומי במערכת העיכול.
